ES2232970T3 - Dispositivo para el modelado de objetos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie del objeto mediante un rayo láser sintonizable y un dispositivo de deflexión que guía el rayo láser por la superficie del objeto, caracterizado porque está previsto un dispositivo óptico (14) para la modificación de la distribución de la intensidad de la radiación dentro de la sección transversal del rayo láser, que presenta al menos un elemento óptico (15) con una estructura difractiva y/o refractiva, microópticamente activa, influyendo esta estructura en la distribución de la intensidad en la sección transversal del rayo láser de manera que el rayo láser (2) después de atravesar el elemento óptico (15) presenta en al menos una dirección de corte transversal una distribución de la intensidad en forma de campana o forma gaussiana o similar a la forma de campana o forma gaussiana.

Description

Dispositivo para modelado de objetos.

Campo de la invención

La invención se refiere a un dispositivo para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie del objeto mediante un rayo láser sintonizable y un dispositivo de deflexión que guía el rayo láser por la superficie del objeto. Resulta adecuada, preferentemente, para el modelado de lentes ópticos naturales de sustancia biológica o de lentes ópticos artificiales.

Estado de la técnica

Del estado de la técnica se conocen distintos dispositivos y procedimientos adecuados para la remoción de material de una superficie de un objeto mediante radiación láser, prestándose así para el modelado de estos objetos, por ejemplo, para la ablación de tejido en la zona de la córnea del ojo o para el modelado oftalmológico del cristalino. Véase, por ejemplo, el documento EP-A-0274205.

Las primeras publicaciones sobre cómo influir en la visión deficiente del ojo humano mediante el aplanamiento o el aumento de la inclinación de la córnea aparecieron aproximadamente en los años 1983 a 1985. En este sentido, se debe eliminar más tejido de córnea en el centro del cristalino que, comparativamente, en las zonas periféricas para lograr como resultado un aplanamiento y, con ello, una corrección de la miopía del ojo. Por el contrario, si se remueve más tejido de córnea en la periferia que en el centro, se incrementa la curvatura de la córnea, contrarrestándose así la hipermetropía del ojo.

De aquí se extrae la conclusión de que en dependencia de la indicación de secciones individuales de la superficie de la córnea, se deben remover cantidades distintas de sustancia biológica. A esto se añade que según la magnitud de la corrección requerida y según el progreso del modelado, puede ser diferente la cantidad de sustancia que se debe remover por unidad de tiempo. Por ejemplo, en el primer estado del modelado se debe remover una cantidad mayor que en el estado final del modelado fino, en el que es importante ante todo crear superficies lisas en la curvatura corregida.

Un factor básico para la cantidad que se debe remover por unidad de tiempo y, por tanto, también para una tasa de remoción definida de manera modificable es, por una parte, la intensidad de la radiación láser en sí misma, es decir, la energía introducida mediante la radiación en el material que se debe remover, y por otra parte la distribución de la intensidad en la sección transversal de la radiación láser o el punto, que se aplica por cada impulso de láser en la superficie del objeto. Debido a que la distribución de la intensidad en la sección transversal de la radiación es distinta, se realiza también una remoción de cantidades distintas por la superficie de la sección transversal.

Es recomendable una remoción de cantidades distintas por la superficie de la sección transversal, si, por ejemplo, se debe extraer por ablación en los bordes de la sección transversal o el punto menos material que en una zona central de radiación, porque así se puede impedir la formación de zonas marginales escarpadas en el material que queda.

La radiación procedente de un láser excímero presenta una sección transversal rectangular, en la que se produce en la dirección de la longitud mayor de la sección transversal una distribución de la intensidad más uniforme, independientemente de las variaciones de la intensidad, que en la dirección, orientada perpendicularmente respecto a eso, del lado más corto de la sección transversal, en el que la intensidad desciende en forma de campana o forma gaussiana desde el centro de la radiación hacia los bordes. Si se debe homogenizar la radiación en una dirección de la sección transversal o incluso dentro de la sección transversal total, esto requiere medidas costosas. Se conoce, por ejemplo, la homogenización mediante placas de dispersión con lentes postconectadas y usando lentes abrasivos.

Dispositivos para la homogenización de la intensidad de la radiación, especialmente en la radiación de láser excímero, se describen, por ejemplo, en los documentos DE4220705, JP07027993, EP0232037 y EP0100242. Las disposiciones representadas aquí se usan para distribuir de una forma lo más uniforme posible la intensidad de la radiación por toda la sección transversal de la radiación. Una intensidad uniforme por toda la sección transversal significa una distribución "en forma plana" de la intensidad, es decir, una intensidad que asciende o desciende muy escarpadamente en las zonas marginales de la radiación láser. Si se guía una radiación láser de este tipo según el principio del escáner de puntos por la superficie del objeto, que se debe tratar, la distribución en forma plana de la intensidad provoca la formación de escalones en el material que queda en las zonas limítrofes de punto a punto. Este tipo de irregularidades en forma de escalones sobre la córnea producen la aparición de perturbaciones ópticas en la percepción sensorial.

En el documento OS-E-4429193A1 se describe otro dispositivo para la generación de una radiación láser homogenizada en su sección transversal, así como el uso de esta radiación para la remoción de material. Aquí, una radiación láser sintonizable, que parte de un láser de estado sólido, se guía a través de una fibra óptica, homogenizándose el modo. Desventajosamente, la disposición descrita aquí no es adecuada para el escáner de puntos, es decir, sólo se pueden modelar en su totalidad segmentos de superficie (puntos) relativamente grandes.

El documento "Fundamental mode photoablation of the cornea for myoptic correction", T. Sailer y J. Wollensack, Laser and Light in Ophthalmology, vol. 5, Nº 4, págs. 199-203, 1993, contiene indicaciones sobre la ablación de superficie completa de la córnea mediante un láser de estado sólido con una distribución de la intensidad de forma gaussiana en la sección transversal de la radiación. La forma de procedimiento descrita allí parte de que un láser de este tipo emite una radiación espacialmente homogénea en el modo básico TEM_{00}. Sin embargo, en el modo básico TEM_{00} sólo está disponible una parte de la energía irradiada que no alcanza, por ejemplo, para la ablación de la córnea.

Descripción de la invención

La invención se basa en el objetivo de desarrollar un dispositivo del tipo descrito anteriormente, de manera que se pueda realizar el modelado con rapidez y efectividad y que se evite que queden microestructuras perturbadoras en la superficie del objeto.

Este objetivo se alcanza, según la invención, al estar previsto un dispositivo óptico para la modificación de la distribución de la intensidad de la radiación dentro de la sección transversal del rayo láser, que presenta al menos un elemento óptico con una estructura difractiva y/o refractiva, microópticamente activa, influyendo esta estructura en la distribución de la intensidad en la sección transversal del rayo láser de manera que el rayo láser después de atravesar el elemento óptico presenta en al menos una dirección de sección transversal una distribución de la intensidad en forma de campana o forma gaussiana o similar a la forma de campana o forma gaussiana.

A diferencia de la colocación, conocida del estado de la técnica, de los puntos, que se solapan mutuamente, con una distribución de la intensidad en forma plana de la radiación sobre la superficie que se debe remover, existe la ventaja según la invención de que se puede realizar muy rápidamente una superficie total muy lisa en el solapamiento de puntos con distribución de la intensidad similar a la forma gaussiana. En la superficie no queda ninguna estructura de escalón escarpado, por lo que no se necesita, o sólo de forma limitada, un procesamiento posterior de la superficie. Esto provoca que se puede reducir básicamente el tiempo de modelado, especialmente en la corrección de curvaturas de la córnea, usando el dispositivo de la presente invención. Respecto al estado de la técnica, existe además la ventaja de que la remoción no sólo es posible en toda la superficie, sino que también se puede realizar limitándola localmente a secciones cortas de la superficie, debido al efecto del escáner.

En una configuración de la invención está previsto que al menos un elemento óptico se pueda cambiar por otros elementos ópticos.

El elemento óptico contenido en el dispositivo óptico o, también, varios elementos ópticos previstos en el dispositivo óptico que se pueden intercambiar entre sí, disponen de la estructura microópticamente activa que es adecuada para influir en la distribución de la intensidad dentro de la radiación láser. Aquí, la estructura se aplica, por ejemplo, mediante procedimientos de rayo de electrones o procedimientos fotolitográficos al elemento óptico, presentando así el elemento óptico un perfil de altura microópticamente efectivo, una variación del índice de refracción extendida por su superficie de sección transversal y/o una variación de la absorción. Mediante la selección del trazado de la estructura se influye concretamente en la reflexión y/o la transmisión de las ondas de luz. Las estructuras pueden estar configuradas, por ejemplo, como elevación y/o depresión en forma de franja, de cruz, de embudo u otra forma, en la superficie del elemento.

El elemento o los elementos ópticos están fabricados generalmente de silicio, vidrio o plástico. La superficie ópticamente activa puede tener forma esférica, esferoide, cilíndrica o elíptica. Los elementos ópticos con estructuras de este tipo poseen una efectividad elevada en la redistribución de la intensidad de la radiación dentro del rayo láser.

De esta manera puede estar previsto un elemento óptico que produce una distribución radialmente simétrica de la intensidad dentro de la sección transversal del rayo láser, en la que en el centro de la sección transversal existe un máximo de intensidad y del centro hacia las zonas marginales, una intensidad descendente en forma de campana o forma gaussiana.

La disposición según la invención se puede aplicar en relación con distintos sistemas de láser con longitudes de onda desde UV hasta el intervalo IR. Se logra una forma y una distribución óptimas para el modelado, independientemente de la forma de radiación procedente del láser, y de la distribución de la intensidad en el rayo láser. De esta manera el elemento óptico transforma, por ejemplo, una radiación láser no circular, procedente por ejemplo de un láser excímero, con una distribución de intensidad no homogénea en una radiación circular con una distribución de intensidad homogénea, mediante el que se puede realizar, finalmente, una remoción óptima de material en la superficie del objeto.

Por tanto, el rayo láser, como el usado para la queratectomía fotorrefractiva (PRK) o el procedimiento LASIK, tiene, por ejemplo, una sección transversal rectangular de aproximadamente 10 mm x 30 mm. En un corte en paralelo respecto al lado más largo de este rectángulo, el perfil de intensidad de la radiación láser está configurado aproximadamente en forma de trapecio, con variaciones de la intensidad que se denominan "puntos calientes". Visto en la dirección del lado de menor longitud, el perfil de intensidad presenta aproximadamente una forma de campana o forma gaussiana. Mediante la disposición, según la invención, de uno de los elementos ópticos en la trayectoria de los rayos, el perfil de intensidad asume una configuración en forma de campana o forma gaussiana en cada dirección de corte a través del eje de radiación.

En el marco de la invención está comprendida una configuración, en la que está previsto que el elemento óptico produzca una distribución de la intensidad radialmente simétrica dentro de la sección transversal del rayo láser, en la que existe una intensidad aproximadamente igual en una superficie central circular de la sección transversal y una intensidad descendente en forma de campana o forma gaussiana de la superficie central de la sección transversal hacia las zonas marginales de la radiación láser.

Debido a esta intensidad básicamente constante en la zona del núcleo de la radiación láser, se alcanza una alta tasa de remoción en el centro, mientras que el descenso en forma de campana o forma gaussiana de la intensidad hacia las zonas marginales crea ventajosamente la transición hacia el próximo punto al evitarse una estructura en forma de escalones en la zona de transición.

Como alternativa a esto, puede estar previsto que el dispositivo óptico contenga, al menos, un elemento óptico destinado a producir distintas distribuciones de la intensidad a través del rayo láser. Así se puede pensar en configurar el elemento óptico de manera que en dos cortes, situados verticalmente uno sobre otro, a través del rayo láser se logre en un corte una distribución de la intensidad al menos aproximadamente en forma gaussiana y en el segundo corte, una distribución de la intensidad al menos aproximadamente homogénea. Ventajosamente, la dirección de deflexión del rayo láser y el corte transversal con la distribución de intensidad homogénea deberían ser perpendiculares entre sí.

En una configuración muy ventajosa de la invención puede estar previsto que el dispositivo óptico comprenda varios elementos ópticos que se pueden introducir en el rayo láser al mismo tiempo o uno después del otro. Esto ofrece la ventaja de que la distribución de la intensidad se puede cambiar dentro del trayecto del rayo durante el modelado, es decir, durante la remoción de material de la superficie o durante breves pausas del modelado, de manera que se puede adaptar la forma del rayo y/o la distribución de la intensidad a las distintas necesidades que surjan respectivamente durante el modelado.

En este contexto puede estar previsto ventajosamente que los elementos ópticos estén dispuestos en un soporte móvil y que mediante el desplazamiento del soporte se pueda realizar su introducción en el trayecto del rayo o su alejamiento del trayecto del rayo. Así resulta posible un cambio sin complicaciones, pudiéndose prever como soporte común una rueda de cambio giratoria que esté apoyada con posibilidad de giro alrededor de un eje de rotación, alineado paralelamente a la dirección de la radiación, y en la que los elementos ópticos estén dispuestos en un círculo primitivo. De esta manera, mediante un giro de la rueda de cambio alrededor de un ángulo de giro que equivale a la separación en arco de dos elementos ópticos en el círculo primitivo, se puede realizar fácilmente el cambio de dos elementos en la trayectoria del rayo.

Generalmente, en la trayectoria del rayo láser está previsto un objetivo con el que se fija el tamaño de la superficie del punto. En una configuración preferida de la invención está previsto que en la trayectoria del rayo láser exista un sistema óptico multifocal para la modificación del tamaño de la superficie del punto dirigida hacia la superficie del objeto. Con esto se pueden realizar puntos de distintos tamaños durante el modelado de manera que, por ejemplo, se puede ejecutar una reticulación aproximada de la superficie con grandes puntos y tras una modificación correspondiente del ajuste del sistema óptico multifocal, un modelado fino con puntos más pequeños. También se puede pensar en realizar un modelado final en el sentido de un alisamiento de la superficie total con un punto muy grande extendido por toda la superficie que se debe modelar.

Ventajosamente, el tamaño de la superficie del punto dirigida hacia la superficie del objeto, el ángulo de deflexión para el rayo láser entre dos impulsos sucesivos uno detrás de otro y la frecuencia de impulsos de la radiación láser deberían estar coordinados entre sí de manera que los puntos, situados uno al lado de otro sobre la superficie del objeto, se solapen en aproximadamente el 30%. Con esto ya se logra una superficie relativamente lisa que no presenta elevaciones en forma de escalones.

En este sentido, una configuración muy preferida de la invención consiste en que el sistema multifocal y/o la rueda de cambio disponen de accionamientos de ajuste que se pueden controlar electrónicamente y cuyas entradas de control, así como la entrada de control del dispositivo de deflexión para el rayo láser están conectadas a salidas de una unidad de control, existiendo en las salidas de la unidad de control datos predeterminados para el tamaño de la superficie del punto y/o para el movimiento de giro de la rueda de cambio y/o para el ángulo de deflexión de la radiación láser entre dos impulsos o en la separación entre dos superficies del punto.

Así es posible, ventajosamente, modificar fácilmente a partir de la unidad de control respectivamente las distintas especificaciones de importancia para la velocidad de remoción o para la calidad de la superficie que se debe obtener, durante el modelado o durante breves pausas del modelado. El cambio de las especificaciones se puede realizar aquí en dependencia de la calidad de superficie alcanzada.

Especialmente para el modelado de la córnea del ojo, el dispositivo según la invención puede disponer de un dispositivo para el registro de valores reales de la curvatura de secciones de superficie individuales y/o de toda la superficie que se debe modelar, acoplado a una memoria de valores reales. De esta manera resulta posible registrar con una calidad exacta resultados intermedios, sacando de ellos conclusiones para el modelado ulterior. Además, la unidad de control puede estar unida en el lado de entrada a la memoria de valores reales y en la unidad de control puede estar previsto un circuito de cálculo usado para la determinación de datos prefijados para el tamaño de la superficie del punto y/o el movimiento de giro de la rueda de cambio y/o para el ángulo de deflexión del rayo láser, a partir de la comparación de los valores reales con los valores nominales que se introducen, por ejemplo, a través de una interfase por separado.

La invención se refiere, asimismo, a un procedimiento para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie del objeto mediante un rayo láser sintonizable que se guía por la superficie del objeto y en el que durante el modelado se cambia la distribución de la intensidad de la radiación dentro del rayo láser, el tamaño de la superficie del punto, con la que el rayo láser impacta la superficie del objeto, o el ángulo de deflexión para el rayo láser, mediante una estructura difractiva y/o refractiva microópticamente activa.

Una configuración ventajosa de este procedimiento prevé que al inicio del modelado la remoción de material se realice con una superficie del punto más pequeña y al final del modelado la remoción de material se ejecute con una superficie del punto cada vez mayor. Aquí puede estar previsto que en la fase final del modelado la remoción de material se efectúe con una superficie del punto, cuyo tamaño equivalga al tamaño total de la superficie del objeto que se debe modelar.

También es ventajoso si al inicio del modelado la remoción del material se realiza con una intensidad distribuida en forma plana y al final la remoción del material se ejecuta con una intensidad distribuida de forma crecientemente gaussiana.

En el marco de la invención se encuentra también un procedimiento para la determinación de cambios geométricos en la superficie de los objetos durante el accionamiento de un dispositivo según la descripción precedente, en el que antes, durante y/o directamente después de una remoción de material se realiza una medición de la curvatura de secciones individuales de la superficie y/o de toda la superficie que se debe modelar. Con esto es posible, ventajosamente, evaluar el resultado del trabajo con el dispositivo mencionado anteriormente o el resultado de la remoción de material de la superficie de un objeto. Esto resulta especialmente ventajoso cuando se usa este dispositivo, así como en su configuración para el modelado de la córnea del ojo humano.

El procedimiento según la invención se puede configurar de manera que para medir la curvatura se dirige una trayectoria de rayo de medición o varias trayectorias de rayos de medición hacia la superficie del objeto que registra las reflexiones de estas trayectorias de los rayos de medición mediante un dispositivo detector y a partir de esto un dispositivo de evaluación determina los valores de curvatura. Aquí las trayectorias de los rayos de medición deberían presentar una intensidad y una longitud de onda que no produzcan cambios en la superficie del objeto, a diferencia de la trayectoria del rayo de modelado. Este tipo de configuraciones, llamadas también con frecuencia sistemas topográficos, son conocidos y, por tanto, no se seguirán explicando aquí.

Otra configuración del procedimiento según la invención prevé que los valores de curvatura determinados para toda la superficie o para secciones individuales de la superficie se tomen como valores reales, siendo la base para una comparación con valores nominales. Así es posible, partiendo del estado de modelado actual durante la remoción de material, sacar conclusiones directas para el logro del objetivo del modelado. En este sentido, el procedimiento según la invención también se puede configurar de manera que de la comparación de los valores reales con los valores nominales de la forma de la superficie se obtengan datos predeterminados para una remoción de material siguiente, limitada en tiempo, prefijándose con los datos predeterminados el ángulo de deflexión de la radiación láser entre dos impulsos sucesivos uno detrás de otro y/o el tamaño de la superficie del punto en la superficie del objeto y/o el cambio de un elemento óptico en la trayectoria del rayo mediante el movimiento giratorio de la rueda de cambio.

Breve descripción de los dibujos

El dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención se explican detalladamente a continuación mediante un ejemplo de realización. Los dibujos correspondientes muestran:

Fig. 1 una representación básica del sistema óptico del dispositivo,

Fig. 2 una rueda de cambio para los elementos ópticos,

Fig. 3 un esquema de bloques con la interconexión de los subgrupos individuales,

Fig. 4 distribución de la intensidad en forma gaussiana en la sección transversal del rayo,

Fig. 5 distribución de la intensidad con una intensidad aproximadamente igual en una superficie central de sección transversal e intensidad descendente en forma gaussiana de la superficie central de sección transversal a las zonas marginales,

Fig. 6 distribución de la intensidad en forma gaussiana en la sección transversal del rayo en la dirección de escaneado y

Fig. 7 intensidad aproximadamente igual en la sección transversal del rayo perpendicularmente a la dirección de escaneado.

Descripción detallada de los dibujos

En la figura 1 está previsto un dispositivo para el modelado de un objeto 1 mediante un rayo láser 2 sintonizable que procede de un láser excímero 3. El rayo láser 2 es guiado por la superficie del objeto mediante un dispositivo 4 de deflexión, en el que está previsto un espejo 5 de escaneado X y un espejo 6 de escaneado Y. La introducción de energía en la superficie del objeto 1 mediante el rayo láser 2 produce una ablación del material. El objeto 1 puede ser, por ejemplo, un ojo humano cuya córnea se tratará mediante modelado oftalmológico para compensar defectos de la visión. Sin embargo, también es posible usar el dispositivo según la invención para el modelado de lentes artificiales previstos para la corrección de defectos de la visión.

El rayo láser 2 procedente del láser excímero 3 pasa a través de una pared 7 de confinamiento con una ventana 8 y alcanza la superficie del objeto 1 a través de un reductor 9, un prisma 10 de deflexión, un divisor óptico 11 y un dispositivo 4 de deflexión.

Para realizar la observación visual de la zona de destino en la superficie del objeto 1, un rayo de destino, procedente de un diodo láser, con una longitud de onda de 635 nm se acopla al rayo láser 2 mediante un espejo 13 de deflexión y el divisor óptico 11.

El rayo láser 2 procedente del láser excímero 3 tiene una sección transversal rectangular. Como caso típico, la intensidad de la radiación dentro de esta sección transversal rectangular no está distribuida homogéneamente. Mientras que el perfil de intensidad en la dirección del lado más largo del rectángulo está configurado aproximadamente en forma de trapecio con variaciones de la intensidad, el perfil de intensidad en la dirección del lado corto del rectángulo presenta una forma aproximadamente gaussiana o de campana.

Para influir en la distribución de la intensidad de la radiación dentro del rayo láser 2 de manera que se pueda realizar una remoción óptima de material de la superficie del objeto, está previsto según la invención en la trayectoria del rayo láser un dispositivo óptico 14 para influir en la distribución de la intensidad dentro de la sección transversal de la radiación, concretamente, de modo que la intensidad después de atravesar el dispositivo óptico 14 ya no presente sólo en una dirección de corte a través del rayo láser 2 una distribución en forma de campana o forma gaussiana o similar a la forma de campana o forma gaussiana, sino en varias direcciones de corte.

Por ejemplo, en el dispositivo óptico 14 se encuentra un elemento óptico 15 en la trayectoria del rayo, sobre el que está conformada una superficie ópticamente activa con una estructura microóptica difractiva, que influye en el sentido explicado en la distribución de la intensidad durante el paso del rayo láser 2.

Según la configuración de la estructura microóptica, puede existir después del paso a través del elemento óptico 15 una distribución de intensidad radialmente simétrica dentro de la sección transversal del rayo, en la que sólo en el centro de la sección transversal del rayo hay un máximo de intensidad y del centro hacia las zonas marginales, una intensidad descendente en forma de campana o gaussiana (véase la figura 4). La sección transversal del rayo láser es ahora ampliamente circular. Como alternativa a esto, puede estar previsto un elemento óptico 15 con una estructura a través de la que también se logra una distribución radialmente simétrica de la intensidad, en la que, sin embargo, en una zona central, ampliada en superficie, de la sección transversal de una radiación láser existe una distribución de la intensidad aproximadamente homogénea y en la que de esta zona central hacia las zonas marginales de la radiación láser está presente una intensidad descendente en forma de campana o forma gaussiana (véase la figura 5).

En diferentes fases del modelado de la superficie del objeto 1 puede ser necesario para garantizar una remoción óptima del material, antes de continuar el modelado, cambiar las distribuciones de intensidad en el rayo láser 2. Para hacerlo posible, está previsto según la invención que el dispositivo óptico 14 comprenda varios elementos ópticos 15 distintos que se pueden introducir opcionalmente en la trayectoria del rayo.

Como se representa en la figura 2, dos elementos ópticos 15.1 y 15.2 están dispuestos en una rueda 16 de cambio. La rueda 16 de cambio está dispuesta con posibilidad de giro alrededor de un eje 17 de rotación que está alineado paralelamente a la dirección de la radiación láser 2 y acoplado a un accionamiento electromecánico 18. Por ejemplo, el elemento óptico 15.1 puede estar provisto de una estructura microóptica que, como se ha descrito anteriormente, genera en una zona central de la trayectoria del rayo una distribución homogénea de la intensidad y sólo hacia las zonas marginales una distribución de la intensidad descendente en forma de campana, mientras que el elemento óptico 15.2 dispone de una estructura microóptica que produce directamente partiendo del centro hacia las zonas marginales en todas direcciones una intensidad descendente en forma gaussiana o forma de campana.

Como alternativa a esto, puede estar previsto, naturalmente, que otros elementos ópticos 15.1, 15.2... 15.n estén dispuestos en la rueda 16 de cambio. Así, por ejemplo, el elemento óptico 15.n puede presentar una estructura, mediante la que la sección transversal del rayo láser conserva su forma de rectángulo, pero se reduce la extensión de la superficie de la sección transversal, continuando así la homogenización de la distribución de la intensidad en el corte a lo largo del lado más largo del rectángulo, mientras que la intensidad de la intensidad de la radiación de la distribución en forma gaussiana continúa aproximándose en el corte a lo largo del lado más corto de esta sección transversal rectangular. En las figuras 6 y 7 se representan las distribuciones de intensidad dentro de una trayectoria de rayo en dos recorridos de corte dispuestos perpendicularmente entre sí. Así, la figura 6 muestra la distribución homogenizada de la intensidad en una primera dirección de estas dos direcciones de sección transversal y la figura 7, la distribución en forma gaussiana de la segunda dirección de sección transversal orientada perpendicularmente a la primera. La dirección de la sección transversal con la distribución en forma gaussiana según la figura 7 debería estar orientada, ventajosamente, igual que la dirección de deflexión del rayo láser.

Según las necesidades se puede incluir opcionalmente uno de estos elementos ópticos 15.1, 15.2... 15.n en la trayectoria del rayo, al enviarse un impulso de mando al accionamiento 18 que hace que el accionamiento 18 mueva la rueda 16 de cambio alrededor de un ángulo de giro alrededor del eje 17 de rotación, que equivale a la distancia en arco hasta el elemento óptico deseado en la rueda 16 de cambio.

En la trayectoria del rayo láser 2 del dispositivo descrito aquí está previsto también un objetivo que puede ser, por ejemplo, un objetivo 19 de foco variable. Con el objetivo se fija previamente el tamaño del punto. Cuando se usa un objetivo 19 de foco variable es posible variar el tamaño de los puntos dirigidos hacia la superficie del objeto. Con esto se logra ventajosamente que, según la fase de modelado, se pueda seleccionar el tamaño del punto de modo que es posible realizar un modelado fino por toda la superficie que se debe modelar, siempre que el punto esté ajustado a ese tamaño, o también un modelado intensivo de pequeñas secciones individuales de la superficie, siempre que el tamaño del punto se reduzca a una extensión más pequeña.

Mediante el dispositivo según la invención resulta posible, entonces, variar tanto el perfil de la intensidad dentro de la sección transversal de la radiación y el tamaño del punto del láser en la superficie que se debe modelar, como el ángulo de deflexión. A través de la coordinación entre estos tres parámetros entre sí es posible, en el sentido más amplio, un modelado efectivo de la superficie del objeto en todas las fases imaginables de modelado.

Para que durante el modelado o inmediatamente después del modelado de secciones individuales de superficie se pueda realizar fácilmente un cambio del ángulo de deflexión, del tamaño del punto o de la distribución de la intensidad, el objetivo 19 de foco variable está acoplado, igual que la rueda 16 de cambio, a un accionamiento electromecánico controlable.

Como se representa simbólicamente en la figura 3, en el rayo láser 2 procedente del láser excímero 3 está dispuesta la rueda 16 de cambio, el objetivo 19 de foco variable y el dispositivo 4 de deflexión. Aquí están conectados a una unidad 24 de control el láser excímero 3 a través de una entrada 20 de control, la rueda 16 de cambio, a través de una entrada 21 de control, el objetivo 19 de foco variable, a través de una entrada 22 de control y el dispositivo 4 de deflexión, a través de una entrada 23 de control.

La unidad 24 de control dispone de una interfaz 25, a través de la que se pueden introducir manualmente los valores de ajuste para los parámetros tamaño del punto, ángulo de deflexión y distribución de la intensidad. Por ejemplo, en dependencia de la distribución de intensidad deseada, se introduce un valor de ajuste para la transferencia correspondiente de la rueda 16 de cambio para poder introducir un elemento óptico 15.1 a 15.n, asignado a este valor de ajuste, en la trayectoria del rayo láser. De forma análoga se introducen valores de ajuste para el ajuste del objetivo de foco variable, que se corresponden con tamaños del punto determinados.

Además, en correspondencia con una variante de la configuración de la invención, según la figura 3 está previsto un dispositivo 26 para el registro de valores reales de la curvatura de secciones individuales de la superficie o de toda la superficie, que se debe modelar, del objeto 1. Aquí, el dispositivo 26 está configurado de manera que antes, durante y después del modelado se determinan valores de la curvatura de la superficie mediante mediciones topográficas. La radiación 29 de medición, necesaria con ese fin, se acopla al rayo láser 2 a través de un divisor óptico 27 en el recorrido hacia el objeto 1, mientras que la luz, reflejada por la superficie del objeto, con la información sobre la curvatura de la superficie se desacopla nuevamente del rayo láser 2 y se dirige, por ejemplo, a un dispositivo detector dentro del dispositivo 26.

Los valores de curvatura determinados se transmiten a través de una vía 28 de señales a la unidad 24 de control, en la que está contenido un circuito de cálculo (no representado por separado) que a partir de una comparación con los valores nominales, introducidos a través de la interfaz 25, para los parámetros individuales (ángulo de deflexión, tamaño del punto, distribución de la intensidad) y con los valores reales determinados para las curvaturas de superficie busca datos predeterminados para el modelado ulterior de la superficie del objeto 1 y los entrega a través de las entradas 20 a 23 de control.

El procedimiento, según la invención, para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie de los objetos con un rayo láser sintonizable se puede realizar ventajosamente mediante el dispositivo descrito aquí a modo de ejemplo, así como mediante el procedimiento para la determinación de cambios geométricos en la superficie de objetos cuando se acciona ese dispositivo.

Una ventaja básica radica, como ya se ha explicado, en que después del modelado de secciones individuales de la superficie mediante la especificación correspondiente del tamaño del punto y de la distribución de la intensidad dentro de la radiación láser es posible un alisamiento ulterior de la convexidad de la córnea. Mediante esta posibilidad de ablación de toda la superficie se puede lograr también una reducción del tiempo de modelado. Además de la corrección de la miopía y la hipermetropía del ojo humano se pueden corregir también, preferentemente, irregularidades como, por ejemplo, el astigmatismo irregular.

Se ha demostrado también que de esta manera se puede evitar la formación de las llamadas islas centrales (central islands) que han aparecido negativamente hasta ahora en procedimientos y dispositivos según el estado de la técnica.

Cuando se usa el dispositivo según la invención se recomienda realizar primero una ablación superficial según el principio del escáner de puntos mediante puntos, cuyas extensiones son menores que la superficie total que se debe modelar, debiéndose seleccionar una distribución de la intensidad en forma de campana o forma gaussiana en el rayo láser 2. En un próximo paso la ablación de la superficie, que se debe modelar, se debería realizar mediante puntos, cuyo tamaño estuviera en el intervalo del tamaño de la superficie que se debe modelar y cuyos centros estuvieran orientados hacia el centro de la superficie que se debe modelar, debiéndose seleccionar una distribución de la intensidad dentro de la radiación, en la que en una zona central de la trayectoria del rayo exista una intensidad homogénea y hacia las zonas marginales por todos lados, una intensidad descendente en forma gaussiana.

En una forma de procedimiento alternativa se puede determinar en un primer paso el cambio de la superficie que se debe modelar o de la sección de superficie que se debe modelar, después de un ciclo de modelado precedente, debiéndose usar el dispositivo 26 para determinar los valores de curvatura. En un paso ulterior, se determinan a través de la unidad de cálculo dentro de la unidad 24 de control, en dependencia de los valores de curvatura registrados, las distribuciones de la intensidad, el ángulo de deflexión y los tamaños de punto para el paso de modelado siguiente, se envían a través de las entradas 20 a 23 de control a los subgrupos correspondientes, se realiza el acercamiento a la posición de destino bajo control visual mediante el rayo de destino procedente del diodo láser 12 y finalmente se pone en funcionamiento el láser excímero 3. Después de un período de modelado limitado en tiempo se puede determinar nuevamente, en el sentido del primer paso, el cambio de la superficie que se debe modelar y se pueden sacar conclusiones de ello para la forma de modelado ulterior.

Así se puede determinar ventajosamente la existencia de convexidades marcadas en la superficie del objeto 1 y seleccionar para su corrección efectiva una distribución de la intensidad distinta dentro de la trayectoria del rayo para el próximo paso de modelado que en el caso de una corrección normal de una miopía. La posibilidad del uso de puntos grandes y pequeños, en los que se pueden seleccionar en la radiación láser distribuciones de la intensidad en forma gaussiana o también en forma plana o en los que en una zona central existe una distribución constante de la intensidad, brinda la posibilidad de variantes de combinaciones con las que se pueden corregir óptimamente o reestructurar incluso estructuras extremas de la superficie sin que queden irregularidades en la superficie del objeto que se puedan percibir visualmente y, por tanto, ejerzan un efecto perturbador.

Claims (21)

1. Dispositivo para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie del objeto mediante un rayo láser sintonizable y un dispositivo de deflexión que guía el rayo láser por la superficie del objeto, caracterizado porque está previsto un dispositivo óptico (14) para la modificación de la distribución de la intensidad de la radiación dentro de la sección transversal del rayo láser, que presenta al menos un elemento óptico (15) con una estructura difractiva y/o refractiva, microópticamente activa, influyendo esta estructura en la distribución de la intensidad en la sección transversal del rayo láser de manera que el rayo láser (2) después de atravesar el elemento óptico (15) presenta en al menos una dirección de corte transversal una distribución de la intensidad en forma de campana o forma gaussiana o similar a la forma de campana o forma gaussiana.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un elemento óptico (15) se puede cambiar por otros elementos ópticos (15.1, 15.2,... 15.n).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque un elemento óptico (15) produce una distribución radialmente simétrica de la intensidad dentro de la sección transversal del rayo láser, en el que en una superficie central circular de la sección transversal existe una intensidad aproximadamente igual y de la superficie central de la sección transversal hacia las zonas marginales de la radiación láser, una intensidad descendente en forma de campana o forma gaussiana.

4. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque está previsto un elemento óptico (15) que produce una distribución radialmente simétrica de la intensidad dentro de la sección transversal del rayo láser, en la que en el centro de la sección transversal existe un máximo de intensidad y del centro hacia las zonas marginales, una intensidad descendente en forma de campana o forma gaussiana.

5. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque está previsto un elemento óptico (15) para la generación, mediante el rayo láser, de distintas distribuciones de la intensidad en distintas direcciones de sección transversal.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento óptico (15) está configurado de manera que en dos cortes, situados verticalmente uno sobre otro, a través del rayo láser (2) se logra en un corte una distribución de la intensidad al menos aproximadamente en forma gaussiana y en el segundo corte, una distribución de la intensidad al menos aproximadamente homogénea.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo óptico (14) comprende varios los elementos ópticos (15) dispuestos en un soporte móvil, pudiéndose realizar mediante el movimiento del soporte la introducción de elementos ópticos (15) en el rayo láser (2) o su alejamiento del rayo láser (2).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el soporte móvil está configurado como una rueda (16) de cambio giratoria que está apoyada con posibilidad de giro alrededor de un eje (17) de rotación, alineado paralelamente a la dirección de la radiación, y en la que los elementos ópticos (15) están dispuestos en un círculo primitivo.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la trayectoria del rayo láser está previsto un sistema óptico multifocal para la modificación del tamaño de la superficie del punto dirigida hacia la superficie del objeto.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el tamaño de la superficie del punto, respecto al ángulo de deflexión de la radiación láser entre dos impulsos sucesivos uno detrás de otro y a la frecuencia de impulsos de la radiación láser, está ajustado de manera que las superficies de puntos individuales se solapan en la superficie del objeto en aproximadamente el 30%.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el sistema multifocal y/o la rueda (16) de cambio disponen de accionamientos de ajuste que se pueden controlar electrónicamente, cuyas entradas (21, 22) de control, así como una entrada (23) de control del dispositivo (4) de deflexión están conectadas a las salidas de una unidad (24) de control, existiendo en las salidas de la unidad (24) de control datos predeterminados para el tamaño de la superficie del punto y/o para el movimiento de giro de la rueda (16) de cambio y/o para el ángulo de deflexión.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque está previsto un dispositivo (26) para el registro de valores reales de la curvatura de secciones de superficie individuales y/o de toda la superficie que se debe modelar, y porque el dispositivo está acoplado a una memoria de valores reales.

13. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la unidad (24) de control está unida en el lado de entrada a la memoria de valores reales y porque en la unidad (24) de control está previsto un circuito de cálculo para la determinación de datos prefijados para el tamaño de la superficie del punto y/o el movimiento de giro de la rueda (16) de cambio y/o para el ángulo de deflexión del rayo láser (2), a partir de la comparación de los valores reales con los valores nominales.

14. Procedimiento para el modelado de objetos a través de la remoción de material de la superficie del objeto mediante un rayo láser sintonizable guiado por la superficie del objeto, caracterizado porque durante el modelado se cambia la distribución de la intensidad de la radiación dentro del rayo láser (2), el tamaño de la superficie del punto, con la que el rayo láser (2) impacta la superficie del objeto, o el ángulo de deflexión para el rayo láser (2), mediante una estructura difractiva y/o refractiva microópticamente activa.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque al inicio del modelado la remoción de material se realiza con una superficie del punto más pequeña y al final del modelado la remoción de material se ejecuta con una superficie del punto cada vez mayor.

16. Procedimiento según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque en la fase final del modelado la remoción de material se realiza con una superficie del punto, cuyo tamaño equivale al tamaño total de la superficie del objeto que se debe modelar.

17. Procedimiento según las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque al inicio del modelado la remoción de material se realiza con una intensidad distribuida en forma plana y al final del modelado la remoción de material se ejecuta con una intensidad distribuida de forma crecientemente gaussiana.

18. Procedimiento para la determinación de cambios geométricos en la superficie de objetos durante el accionamiento de un dispositivo según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque antes, durante y/o directamente después de una remoción de material se realiza una medición de la curvatura de secciones individuales de la superficie y/o de toda la superficie que se debe modelar.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque para la medición de la curvatura se dirige una trayectoria de rayo de medición o varias trayectorias de rayos de medición hacia la superficie del objeto, que registra las reflexiones de estas trayectorias de los rayos de medición mediante un dispositivo detector y porque a partir de esto un dispositivo de evaluación determina valores de curvatura.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado porque los valores de curvatura determinados para toda la superficie o para secciones individuales de la superficie del objeto, que se debe modelar, se someten como valores reales a una comparación con valores nominales para toda la superficie o para secciones individuales de la superficie.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado porque de la comparación de los valores reales con los valores nominales se obtienen datos predeterminados para una remoción de material siguiente, limitada en tiempo, prefijándose con los datos predeterminados el ángulo de deflexión del rayo láser entre dos impulsos sucesivos uno detrás de otro y/o el tamaño de la superficie del punto en la superficie del objeto y/o la distribución de la intensidad dentro del rayo láser (2) para la remoción de material siguiente.