CN101511523A - 使用透明的接触元件进行材料加工的装置和方法 - Google Patents

使用透明的接触元件进行材料加工的装置和方法 Download PDF

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Abstract

描述了对装置(1)进行准备的方法，用于通过在物体(18)内或在物体上产生光学穿透来进行材料加工，装置具有可变的、三维起作用的焦点调节设备(6、11)，用于把脉冲的加工激光辐射(4)聚焦到在物体(18)内或在物体上的不同位置上，其中，在装置上固定有对加工激光辐射(4)透明的、放到物体(18)上的接触元件(19)，接触元件在其待放到物体(2)上的侧上具有已知形状的弯曲的接触面(20)，在对物体(18)进行加工之前，借助激光辐射(4)照射到接触面上来确定接触面(20)关于焦点调节设备(6、11)的位置，方法是测量激光辐射(4)借助可变的焦点调节设备(6、11)聚焦到接触面(20)上或接触面附近，其中，聚焦的测量激光辐射(3)的能量密度对于产生光学穿透来说太低了，以及测量激光辐射(4)的焦点位置在测量面(23)上进行调整，测量面(23)与接触面(20)的期望位置相交，其中，从测量激光辐射(4)的焦点回散射或反射的辐射被共焦地探测，从共焦探测的辐射和可变的焦点调节设备(6、11)的所属设定测定测量面(23)和接触面(20)之间交点(26)的位置，其中，必要时以改变的、特别是移动的测量面(23)来多次重复上面的步骤，直到探测到一定数量的，优选五个交点(26)，从交点(26)的位置和接触面(20)的已知形状来确定接触面(20)的位置。

Description

使用透明的接触元件进行材料加工的装置和方法
技术领域
本发明涉及对装置进行准备的方法，用于通过在物体内或在物体上产生光学穿透来进行材料加工，此装置具有可变的、三维起作用的焦点调节设备，用于把脉冲的加工激光辐射聚焦到在物体内或在物体上的不同位置上，其中，在此装置上固定有对加工激光辐射透明的、放到物体上的接触元件，此接触元件在它放到物体上的侧上具有接触面，并具有与之相对的用于加工激光辐射的进入面，它们分别具有已知的形状，在对物体进行加工之前，进入面或接触面关于焦点调节设备的位置借助激光辐射照射到所述面上来确定，方法是测量激光辐射借助可变的焦点调节设备聚焦到所述面上或所述面附近，其中，聚焦的测量激光辐射的能量密度对于产生光学穿透来说太低了，以及测量激光辐射的焦点位置在测量面上进行调整，其与所述面的期望位置相交。
本发明还涉及一种材料加工装置，具有：加工激光器，其提供脉冲的加工激光辐射；光学设备，用来这样把加工激光辐射聚焦到待加工的物体中或物体上，即在焦点上产生光学穿透；焦点调节设备，用来可变化地在物体中或物体上调节焦点位置；接触元件，其可固定在所述装置中，用来安放到物体上，其具有安放到物体上的接触面和与之相对的、用于加工激光辐射的进入面，它们分别具有已知的形状；以及控制设备，其用来在固定接触元件之后和在对物体进行加工之前确定进入面或接触面的位置，其控制加工激光器和焦点调节设备，其中，设置有同样由控制设备控制的测量激光辐射源，用来发出测量激光辐射，其测量激光辐射穿过焦点调节设备和光学设备，并在焦点上不会产生光学穿透，其中，控制设备为确定面的位置，在测量面上调节测量激光辐射的焦点，其与所述面的期望位置相交。
背景技术
在进行材料加工时，经常使用激光加工装置，用于利用加工激光光束来对物体的待加工区域进行扫描。激光光束的定位精确性在此通常决定了在加工时达到的准确度。如果要把激光光束聚焦成加工体积，则需要精确的三维定位。因此，对于高精度的加工，通常一定要把物体固定在相对于激光加工装置的精准限定的位置上。前面所述的接触元件用于这种用途，因为借助它可固定待加工的物体，从而限定的直到加工体积的关系都可达到。此接触元件因此成为加工激光辐射的光束路径的一部分。
这特别在对材料进行微加工时是必要的，该材料在加工用激光辐射的光谱范围内只有很少的线性光学吸收。对于这种材料，通常充分利用激光辐射和材料之间非线性的相互作用，大多以在高能量的激光辐射的焦点上产生的光学穿透的方式。随后因为加工作用只在激光光束焦点上发生，因此精确三维地定位焦点的位置，是绝对必要的。因此除了激光光束的二维偏转外，还需要精确地调整焦点位置的深度。接触元件的作用是，恒定地且也以一定精度确保到物体的光束路径中的已知光学关系，方法是它把物体和激光加工装置机械地耦合在一起，而且赋予物体表面带有已知的光学作用的形状。
这种接触镜的典型应用是已知为飞秒-准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)的眼部外科手术方法，其中构成为治疗仪器的激光加工装置将激光光束聚焦到角膜中微米数量级的焦点上。然后在焦点上产生等离子(Plasma)，其作用于角膜组织的局部分离。通过适当地依次排列以这种方式产生的局部分离区域，来实现显微切割，例如分离一定体积的角膜部分。
接触元件的位置决定了这种方法的精确性，因此在文献中多次涉及到有关位置确定方面的内容：
由US 6.373.571已知一种设置有参考标记的接触透镜。这种接触透镜借助单独的测量设备来调节，从而需要相对昂贵的构造。在EP 1 159986 A2中描述了接触元件的另一实施例。它与US 6.373.571的接触透镜相似，但还额外具有支撑物方式的、带短线标记的边缘，其可使外科医生进行视觉定位。但这通常是不精确的。
因为接触元件通常会与待加工的物体接触，因此大多要求为每个物体使用一个合适的新适配器。这在进行眼外科手术方法时在消毒方面是特别适用的。由此，每次在加工之前或在例如构成治疗仪器的激光加工装置中进行外科手术之前，都必须先固定接触元件。为实现固定，从WO 03/002008 A1中已知，接触镜保持在钳子状的、卡锁在激光加工装置上的设备上。通过在轨道中引导的轮缘来实现此卡锁。此适配器横向于光轴被形状配合地推入。在DE 19831674 A1中描述了机械耦合机构的使用，其中金属棒借助磁铁或电磁铁保持在套筒中，此金属棒以斜角固定在接触镜的框架上。但这种固定不能足够精确地固定接触元件的位置。
由WO 05/039462 A1还已知，在接触镜上设置位置标记，并且共焦的探测单元扩展有激光处理装置，其与照射的测量激光辐射一起作用可获知标记的位置，并从而测定接触镜的位置。因此，这种精度(利用其已知接触镜的位置)优于通过固定机构和接触镜的制造公差给出的精度，所述固定机构例如与在DE 10354025 A1中描述的一样。
WO 04/032810 A2同样是追求这一目标，即精确地确定接触镜的位置。它描述了前面所述类型的方法或装置。为了精确地测定接触镜的接触面的位置，所述接触镜压在眼睛上。此出版物建议，充分利用处理激光器对接触面的作用。这样来控制处理激光器，即它聚焦在许多点上，并发出处理激光辐射脉冲。这种聚焦到接触镜的界面上的激光光束脉冲通过非线性作用产生光学穿透，其表现为相应的等离子闪光。因此闪光的探测可以说明，界面位于处理激光光束的当前焦点位置上。测定足够数量这种点则可用来测定接触镜的位置，所述点设置在例如在与处理激光光束的光轴垂直的平面上。此出版物在可替代的附加部分中建议，充分利用在接触镜上的非线性效果，其在处理激光光束脉冲的很小能量时出现，也就是在不会引起光学穿透的能量中出现。这种处于用于光学穿透的能量界限以下的非线性效果当然只会在特定的接触元件材料时才出现。此出版物提到了以照射的处理激光辐射或白光辐射的第二谐波方式的非线性效果。测量或获知这种辐射有很高的色彩要求，因为必须探测到例如照射频率的双倍的辐射。这种光学系统因此是耗费很大的。
所述的出版物在第三个附加部分中建议，借助干涉装置来获知接触镜的接触面的位置。但这样产生的干涉样式通常对未训练过的使用者来说，不适合进行调节或考虑。它们只能非常困难地被自动评估。就使用适应性而言，对比的理念要么需要发射高能量的激光辐射，其在接触镜的界面上产生光学穿透，这在辐射保护方面上是不利的，要么规定接触镜材料，该接触镜材料显示出对于加工激光辐射的非线性效果。
对于接触元件，安放在物体上的接触面通常要以很高的精度制成。因此WO 04/032810 A2所述的方法和装置测定接触面的位置，接触面例如可以是平的。
发明内容
本发明的目的是，从接触镜的位置确定这一角度来改进前面所述类型的方法或装置。
按本发明，此目的通过对材料加工装置进行准备的方法得以实现，其中从测量激光辐射的焦点回散射或反射的辐射被共焦地探测，从共焦探测的辐射和可变的焦点调节设备的所属设定可以测定测量面和进入面或接触面之间交点的位置，其中在必要的情况下，以改变的、特别是移动的测量面来多次重复上述的步骤，直到探测到一定数量的，优选五个交点，从交点的位置和进入面或接触面的已知形状来确定其位置。
此目的通过前述类型的装置进一步得以实现，该装置中设置有共焦的探测设备，其共焦地探测从测量激光辐射的焦点回散射或反射的辐射，并把测量信号提供给控制设备，以及控制设备从测量信号测定测量面和进入面或接触面之间交点的位置，其中如果没有交点或出现的交点太少，则控制设备在必要时会改变、特别是移动测量面，并且控制设备从交点的位置和进入面或接触面的已知形状来确定其位置。
为确定位置，当然要考虑接触面。如果接触元件在进入面和接触面之间的几何形状预先规定得足够精确，当然也可以考虑确定进入面的位置。特别是对于平的或球壳状的接触元件来说，进入面和接触面之间的几何形状通常在制造时可以设定到如此精确，使对这种接触元件也可以测定进入面的位置。它的优点是，在通常不接触的进入面上存在明显的折射率跃变，与接触元件是否已经安放在物体上无关。
本发明用来探测测量辐射和待获知面(即进入面或接触面)之间的线性相互作用。激光辐射既不必聚集成达到光学穿透的能量密度，接触镜的材料也不必显示出与在用于光学穿透的能量界限以下的测量激光辐射的非线性相互作用。此外，使用的光学装置(例如物镜)必须只接收与处理辐射相同波长的辐射，这不会提出新的(色彩)要求。此构造也不会由于此探测任务更复杂和花费更大，这与现有技术不同。
按本发明的附加部分用于，确定接触元件(在此也称为接触镜)的精确位置。因为接触镜的界面一般是弯曲的，它的形状通常在坐标系统中描述，此坐标系统与接触镜有关，在弯曲的接触面时例如与弯曲的顶点或其它标出的点有关。相反，材料加工器或用于材料加工的装置与参照此装置自身的坐标系统相关地描述。确定接触镜的接触面或进入面的精确位置可允许，接触镜或其面弯曲的坐标系统与所述装置或材料加工方法的坐标系统相匹配或协调，或者测定或注意两个坐标系统之间存在的偏差。
测量面这样选择，使它与接触元件的待获知面的期望位置相交。期望的位置是已知的，因为在确定位置之前把接触镜固定在加工装置上。由于由此已知的几何关系，待获知面的位置期望所在的范围通过在固定时的公差和可能的变化被预先规定，所述变化可能在制造接触镜时或在接触镜的不同类型时出现。
通过调整测量激光辐射在测量面上的焦点位置，可找到测量面和待获知的面之间的交点。共焦的探测在此允许，清楚地探测折射率跃变，其在优选在此位置上不接触的接触镜的面上出现。如果调节测量面上的焦点，如果焦点位于待获知面和测量面之间的交点上，则总是会出现折射率跃变，其在共焦的探测时会导致相应的信号。
有利的是，回散射或反射的测量激光辐射的共焦探测充分利用，在透明介质的界面上回散射的共焦探测的发送辐射的份额明显比透明介质内部要高。共焦探测通过在此出现的空间过滤提供足够的信号，其强度基本与在接触面上相邻的介质的折射率差异有关。折射率差异也是例如对于从玻璃到空气的过渡比对于从空气到泪液的过渡要大。因此，在把接触元件安放到待加工的物体例如眼角膜上之前，在确定接触面的位置时优选要获知位置。在眼外科手术也是用泪液弄湿的情况下，在把接触元件安放到物体上之后，因为测量激光辐射的能量不会产生加工效果，因此当然也可以测定此面的位置。
当然测量面不必完全由焦点调节来覆盖。如果有足够多的圆点，也就是在测量面上有(足够)密的轨迹曲线，则也完全够了。待满足的条件是，为确定位置要找到足够多的交点。如果需要的话，则要提高测量面上的点数量。此外任意二维流形(Mannigfaltigkeit)对于测量面来说都是足够的，其广度(Ausdehnung)是这样的，即它与已知待获知的面的期望位置相交。
因此优选的是，焦点位置沿着位于测量面上的轨迹曲线进行调节。轨迹曲线应该这样选择，即它与接触镜的所寻找的面相交，也就是包含在测量面和处于所述面的期望位置中的所述面之间的共同点。如果在弯曲的待获知面中，轨迹曲线提供了至少五个可区别的在测量面和待获知面之间的交点，则通常也是足够的。
在考虑进入面或接触面的已知形状的情况下，由交点的位置可测定这些面的位置。这在非球形面的情况下还可确定系统的主光轴的倾斜。
对于旋转对称的面来说，更少的交点就足够了。对于这种通常使用在球形弯曲的接触元件的面来说，优选的是，测量面围绕着加工激光光束的主光轴呈柱对称，优选具有柱状外表面或圆盘的形状。柱状外表面是特别有利的，因为示出了，z-坐标，也就是沿着加工激光光束的主光轴的坐标，在接触元件的固定和其制造公差方面承受特别大的波动。如果把测量面构成为柱状外表面，则会有这样的优点，即在z-方向(沿着测量激光辐射或加工激光辐射的主光轴)可覆盖住特别大的范围。在该柱状外表面上的轨迹曲线可例如构成为螺旋线。如果此螺旋线的螺旋间距(Steigung)选择得足够小，则可确保具有足够数量的交点和(旋转对称的)待获知面。如果需要，也就是在没有出现足够的(如上所述的)交点，则可反复改变轨迹曲线。
如果测量激光辐射的功率提高，则面的探测当然更简单。已经在约20nJ的脉冲能量时达到最佳信噪比。特别是脉冲发出的测量激光辐射的强度是这样选择的，即在焦点上不会产生光学穿透。因此对于脉冲的测量激光辐射，脉冲能量优选为300nJ以下。此数值是上限，其不应该被超过，以便排除在接触元件上的光学穿透或其它非线性加工效果。
通常还推荐使用尽可能低的测量激光辐射功率，以便使对使用者或第三者的辐射负荷尽可能少。为此当然不仅仅是脉冲能量，还有相关的脉冲频率，因为二者共同确定用量。当脉冲频率在50和500kHz之间时，10nJ、或甚至5nJ的上限是有利的，因为在1.000nm和1.060nm之间的普通波长时，由观察者的晶状体可聚焦到视网膜上的最大辐射功率还处于非有害的范围内。
可通过光学穿透来实现在透明物体上的加工效果。但还可能的是，这样达到加工效果，即在一定紧凑的时间间隔内，重复地将激光辐射脉冲引入一定的体积单元中，该激光辐射脉冲处于用于光学穿透的界限之下。此效果通常这样来解释，即激光辐射的脉冲能量EPULS在相对较短的时间内可在体积中积聚并从而产生加工效果。为了避免这一点，激光脉冲的数量在该体积的最大广度内应该不超过一定的数量，所述激光脉冲是作为测量激光辐射在少于20秒之内发出的。如果用D来表示轨迹曲线的最大广度，用f来表示脉冲频率，则由此得出不等式：f<20Hz*((D/EPULS)*(1μJ/1mm))4。如果观察者可以察觉到(以相应的空间分辨率)测量激光辐射的光谱范围，则最大广度D在此是指轨迹曲线的广度，其中它对于观察者来说是发光的物体。D应该至少为1μm，但不超过20mm。此大小是从所寻找的面的期望位置的可能偏差中产生的。
所述的不等式还考虑到测量激光辐射不能超越的辐射负荷。因为物体的最大广度以四次幂进入这个不等式中，可通过适当地选择轨迹曲线、特别是适当地选择它的横向广度来明显降低。
为了提供对使用者或第三者的进一步的安全性，在确定位置时还可应用保护装置，其尽可能地吸收透过接触元件的测量激光辐射。例如可在接触元件上在与测量激光辐射的入射侧相对的侧上，安装保护罩，其中为获得接触面上的折射率跃变，保护罩优选不与接触面相接触。这在消毒角度上也是有利的。可替代或附加的是，可使用覆盖机构，其集成在加工装置上并活动，例如摆入。
特别在激光外科手术中，经常要使用不同的接触元件，其在其进入面和/或接触面的几何形状方面是不同的。区分参数可例如是面的弯曲或接触元件的直径。在加工材料或运行相应的装置时当然要注意，实际具有哪种接触元件，也就是哪种进入面或接触面。在确定面的位置时，没有精确地已知其形状。但知道，此面的形状来自于一定的形状组，因为可能的接触元件的库存当然是有限的。相当重要是对于旋转对称的接触元件，但在任何情况下对于球形的面，面的顶点和面的边缘的相互位置可给出明确的下述结论，即实际固定在所述装置中的接触元件具有来自有限的面组中的哪个面。因此优选的是，测定弯曲面的顶点的位置和面的边缘的位置，和从这些结构的间隔或相互位置确定，存在哪个接触元件或哪个接触面。此确定还可包括测定弯曲半径。
如同已提到的一样，前面所述的目的也通过相应的装置来实现。就前述或后述的方法步骤而言，该方法步骤在对这样的装置进行准备时实施，这种方法步骤在所述装置中自动通过相应的控制器来控制实施。不需要进行处理的人员的参与作用。特别的是，此方法可完全自动地通过调用此装置的控制程序中的相应程序来实施。这也以同样的方式适用于这样的变动方案，其中待加工的物体还没有紧贴在接触元件上，也适用于这样的变动方案，其中接触元件已经安放到物体上。因为测量激光辐射通常没有加工作用(见上)，所以即使按本发明的方法与眼科手术一起使用，按本发明的方法也不是治疗或诊断性质的。
当然，在此前面或后面描述的构造和特征也可单独地或以其它没有明确示出的组合被有利地使用。
附图说明
下面还参照附图示例性地详细描述了本发明。其中：
图1用于材料加工的、以用于眼科手术的处理装置形式的装置的示意视图；
图2接触镜的放大示意视图，其使用在附图1的装置中；
图3图2的接触镜的另一放大视图，其中还额外标上了测量面的位置，借助它来确定接触镜的下侧的位置；
图4用来说明确定位置的示意视图，其中此示意视图相当于图3从下方看的部分视图；和
图5另一可能的测量面和位于其内的轨迹曲线的示意视图，用来确定接触镜在图1的装置上的位置。
具体实施方式
图1示出了一种用于眼科手术方法的处理装置，其与EP 1159986A1或US 5549632所描述的方法相似。处理装置1用于，按已知的LASIK方法或类似的方法在病人的眼睛2上实施视力缺陷矫正术。为此处理装置1具有处理激光器3，其发出脉冲的激光辐射。在此脉冲持续时间例如在飞秒范围内，并且激光辐射借助非线性的光学效果以开头所述的方式和方法在角膜中起作用，方法是例如在角膜中产生光学穿透。
在此由激光器3发出的激光光束4落到扫描仪6上，其在所述的示意实施例中通过两个扫描镜来实现，它们可围绕着相互垂直的轴线来旋转。扫描仪6使激光光束二维偏转。也就是在扫描仪6以及设置在其后的扫描光学装置7后存在光束扇(Stahlfcher)8，其相对于入射方向的主光轴依赖扫描仪6的位置以一定的角度偏移。在通过给使用者创造了光学取景的分光器9转向后，光束扇通过镜筒透镜10以及可调节的镜头11集束到一个焦点，该焦点位于眼睛2的前节段例如角膜18中。对于光束扇的每个光束，也就是对于扫描仪6的每个位置，可实现焦点相对于不偏移的扫描仪上存在的主光轴的相应侧向移动。
可调节的镜头11与镜筒透镜10一起实现了投影光学装置，其可实现焦点沿着主光轴，也就是在所谓的z-方向上的移动。镜头11和扫描仪6的结合因此是指在三维上起作用的焦点调节设备。此焦点调节设备由控制设备17来控制，从而由此可利用装置1来实施例如已知的LASIK方法。
如前面已提到的一样，为了达到到角膜18上的必要恒定的入射关系，并还在空间上对它进行固定，接触镜19安放到角膜18上，对此随后还会提到。
此处理装置1如在WO 2004/032810 A2中对其描述的那样与已知的构造方式相一致。但相对于在那里所描述的设备，处理装置1扩展有共焦的探测器12。共焦的探测器12在入射的激光光束4通过扫描仪6偏转之前，通过分光器13接入到入射的激光光束4的光束路径中。分光器13也位于静止(ruhend)的光束路径中并具有从激光扫描显微技术中已知的分色器的作用，其中，在此还可能有非光谱的分离器作用。
共焦的探测器12探测辐射(在角膜18中也就是在焦点上回散射或反射的辐射)，并在分光器13上将它们拆分开来，所述焦点是由三维起作用的焦点调节装置选出的。待探测的辐射在相反的方向上，穿过激光光束4从焦点一直到分光器13的光束路径。
针孔光学装置14和设置在后面的针孔15起到期望的关于在角膜18中焦点的共焦过滤的作用，从而只有从焦点中回散射或反射的辐射来到另外的设置在后面的探测器16中。它同样通过(未示出)的导线与控制设备17相连，借助三维焦点调节装置(扫描仪6和镜头11)的相应控制，此控制设备把探测器16的信号分配给各个焦点位置，并因此可产生图像。
作为剖视图图2示意放大地示出了在图1的装置1中使用的接触镜19。如同可看到的一样，它具有平的进入面30和接触面20，接触面20在实施例中是旋转对称的，但通常是平坦的或弯曲的。如同从WO2004/032810 A2中已知的一样，也可以使用平坦的接触镜。进入面30也可以是弯曲的。在图2中示出的旋转对称的接触镜19具有用于接触面20的顶点21，其在旋转对称的接触面20中定义为接触镜19的光轴穿过接触面20的穿透点。当然在具有弯曲的进入面30的接触镜19中，这里(也)可以有顶点。但下面以图2的构造方式进行示范。
如图3所示，通常在坐标系统(例如柱坐标或球坐标)中描述接触面20的弯曲，坐标系统与顶点21有关。在图3中示意标出了此坐标系统，并具有附图标记25。
例如借助如在WO 05/048895 A1中描述的机械装置，把接触镜19固定在处理装置1上后，接触镜19(并且进而它的接触面20)具有相对于处理装置1固定的空间位置，其当然具有公差。
在处理装置1中，焦点的三维调节是在坐标系统24中进行的，坐标系统24与处理装置1的在工作时存在的要素中的一个有关，通常与扫描仪6或接触镜的接触面有关。在图3中示意示出了这种坐标系统24。它通常不与坐标系统25重合，在坐标系统25中描述接触镜弯曲。这在于，由于在固定接触镜19时不可避免的公差，以及由于接触镜的制造公差，入射的激光辐射的主光轴22可以规律地在侧向上相对于接触镜19的光轴或接触镜19的顶点21移动和/或倾斜。关于顶点21在z-方向上的，也就是沿着主光轴22的位置方面，规律地存在着一定的不确定性，因为特别是在制造技术上给接触镜19的中心厚度提供很小的公差非常费力。
为了确定(处理装置1的)坐标系统24和(接触镜19的)坐标系统25之间的偏差，发射测量激光辐射通过处理装置1的光束路径。在此符合目的的是，处理激光器3作为用于测量激光辐射的辐射源，因为处理激光器3在前面的实施例中可在工作状态下被控制，在该工作状态中它可发出具有脉冲能量的脉冲激光辐射，其在焦点上，也就是在穿过处理装置1的光学装置后，不会在焦点上产生非线性的相互作用、特别是没有光学穿透。合适的减弱器同样可能。当然也可以为测量激光辐射使用独立的辐射源。当然重要的是，测量激光辐射具有足够精确的相对于坐标系统24的关系。如果测量激光辐射同样穿过焦点调节装置，也就是扫描仪6、镜筒透镜10和镜头11，也就是在所述装置的坐标系统24中被调节，则可以特别简单地确保这一点。只有这样才可以足够精确地确定两个坐标系统之间的偏差。
现在沿着位于测量面23中的轨迹曲线来调节以低能量的激光光束4形式的测量激光辐射。测量面23的位置在此这样选择，即它与接触面20的期望位置相交。在图3中示出的实施例中，选出了测量面23，其以坐标系统24的柱坐标来描述位于恒定的z-坐标上。测量面23也是与主光轴22垂直的面。这个实施例的测量面23中的轨迹曲线的坐标在其径向或者说角度坐标方面是不同的，但具有恒定的z-坐标。测量面23和接触面20之间的相交量是闭合的轨迹曲线，其在这里存在的球状弯曲的接触面20的情况下是圆形的，因为未包含中心点的球形相交处规律地形成小圆。这个小圆现在相对于主光轴22移动。
在图4中可以很好地识别所述移动，图3从下方看的视图示出了所述移动。从所述移动以及小圆的半径，其在图4中以相交线26的形式标出，可轻易地计算出坐标系统25的移动。这不仅适用于球形的接触面，而且还完全普遍地适用于旋转对称的接触面，只要接触面的形状是已知的。在球形的接触面20的情况下，小圆的中心的径向和角度坐标自动是顶点21相应的侧向坐标，交点26位于所述小圆上。由测量面23的z-坐标Zk、以及由接触面23的弯曲半径R和提到的小圆的半径r，通过等式Za＝Zk+R-(R2-r2)1/2来得出z-坐标Za。
在图3和4中，对于已提到的参数/结构附加地还标出了接触面20的边缘27。在沿着主光轴22来适当移动测量面23时，同样也可探测到此边缘27。为此只须使用一群测量面23，以找到边缘27。也可以在接触面20是从一组可能的接触面中选出来的情况下，例如由顶点21和边缘27的径向坐标来确定当前存在的那个接触面20。专业人员为此例如可利用顶点21和边缘27之间径向坐标上的区别。确定来自已知的组的哪个接触面存在后，可高精度地进行已提及的坐标系统25和24之间的平衡，而不必事先准确地知道，来自一组可能的接触镜的接触镜19中的哪一个实际固定在装置1上。
图5示出了另一实施例，其中使用了另一测量面23。半径在坐标系统24的柱坐标中是恒定的，这对于测量面23的所有点都适用。测量面23是柱状外表面。位于此外表面上的轨迹曲线可例如构成为螺旋线29。界面20具有与测量面23的交点26(为更简单地描述图5而没有示出交点26)，交点26又位于闭合的轨迹曲线上。在此对于专业人员来说，确定接触面20的位置是简单的，特别是可以在球形接触面时应用简单的解析解。

Claims (17)

1.用于对装置(1)进行准备的方法，用于通过在物体(18)内或在物体(18)上产生光学穿透来进行材料加工，所述装置具有可变的、三维起作用的焦点调节设备(6、11)，用于把脉冲的加工激光辐射(4)聚焦到在所述物体(18)内或上的不同位置上，其中
-在所述装置上固定有对所述加工激光辐射(4)透明的、待放到所述物体(18)上的接触元件(19)，所述接触元件在其放到所述物体(2)上的侧上具有面(20)，并具有与所述面相对的用于所述加工激光辐射的进入面，所述面和所述进入面分别具有已知的形状，
-在对所述物体(18)进行加工之前，所述进入面或所述接触面(20、30)关于所述焦点调节设备(6、11)的位置借助所述激光辐射(4)照射到所述面上来确定，方法是通过：测量激光辐射(4)借助所述可变的焦点调节设备(6、11)聚焦到所述面(20、30)上或所述面(20、30)附近，其中，聚焦的所述测量激光辐射(3)的能量密度对于产生光学穿透来说太低了，以及所述测量激光辐射(4)的焦点在测量面(23)上进行调整，所述测量面(23)与所述面(20、30)的期望位置相交，
其特征在于，
a)从所述测量激光辐射(4)的所述焦点回散射或反射的辐射被共焦探测；
b)从所述被共焦探测的辐射和所述可变的焦点调节设备(6、11)的所属设定，来测定所述测量面(23)和所述面(20、30)之间交点(26)的位置，其中，必要时以改变的、特别是移动的测量面(23)来多次重复步骤a)，直到探测到一定数量的，优选五个交点(26)；
c)从所述交点(26)的所述位置和所述面(20、30)的已知形状来确定所述面的位置。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述面(20、30)是非球形的，并且还考虑所述面(20)相对于光轴的倾斜地来确定所述位置。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着位于所述测量面(23)上的轨迹曲线(28)来调节焦点位置。
4.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，所述测量面(23)是相对于所述加工激光光束(4)的主光轴(22)柱对称的，优选具有柱状外表面或圆盘的形状。
5.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，所述测量激光辐射(4)以脉冲能量EPULS≤300nJ来脉冲。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，使用位于所述测量面(23)上的轨迹曲线(28)，所述轨迹曲线具有最大的广度D，对其脉冲频率f适用的是：
f<20Hz*((D/EPULS)*(1μJ/1mm))4。
7.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，使用位于所述测量面(23)上的轨迹曲线(28)，所述轨迹曲线具有最大的广度D，所述最大的广度D位于1μm和15mm之间。
8.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，由也为产生所述加工激光辐射而设置的、脉冲的激光辐射源(3)提供所述测量激光辐射(4)，方法是：将所述光束源(3)控制到具有降低的脉冲能量的工作中，或在所述加工激光辐射(4)的光束路径中启动或应用减能器。
9.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，在把所述接触元件(19)相对于所述焦点调节设备固定后，但在把所述接触元件(19)安放到所述物体(18)上之前，实施权利要求1的所述步骤a)-c)。
10.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，在所述测量激光辐射(4)照射时，覆盖所述接触面(20)，优选不接触地覆盖所述接触面(20)。
11.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，对于弯曲的面(20、30)，所述面(20、30)的顶点(21)的位置被测定，并作为参照点准备好用于随后的材料加工。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述面(20、30)的所述形状由此已知，即：确定一组多个不同的、分别以其精确几何形状已知的形状，所述面(20、30)的所述形状来自所述组中，测定面边缘(27)的位置，并从边缘和顶点(21)的相对位置测定所述组中的、所述面(20、30)具有的那个形状。
13.材料加工装置，具有：
-加工激光器(3)，其提供脉冲的加工激光辐射(4)；
-光学设备(5、10)，用于这样把所述加工激光辐射(4)聚焦到待加工的物体(18)中或上，即在焦点上产生光学穿透；
-焦点调节设备(6、11)，用于在所述物体(18)中或上可变地调节焦点位置；
-接触元件(19)，能固定在所述装置(1)中，用于安放到所述物体(18)上，所述接触元件具有待安放到所述物体(18)上的面(20)和与所述面对置的、用于所述加工激光辐射的进入面，所述面和所述进入面分别具有已知的形状；以及
-控制设备(17)，用于在固定所述接触元件(19)之后且在对所述物体(18)进行加工之前确定所述进入面或接触面(20、30)的位置，所述控制设备控制所述加工激光器(3)和所述焦点调节设备(6、11)，其中
-设置有同样由所述控制设备(17)控制的测量激光辐射源(3)，用于发出测量激光辐射(4)，所述测量激光辐射源的测量激光辐射(4)穿过所述焦点调节设备(6、11)和所述光学设备(5、10)，并在所述焦点上不产生光学穿透，其中，所述控制设备(17)为确定所述面(20、30)的所述位置，在测量面(23)上调节所述测量激光辐射(4)的焦点，所述测量面与所述面(20、30)的期望位置相交，
其特征在于，
-设置有共焦的探测设备(12)，所述探测设备共焦地探测从所述测量激光辐射(4)的所述焦点回散射或反射的辐射，并把测量信号提供给所述控制设备(17)；以及
-所述控制设备(17)由所述测量信号测定测量面(23)和面(20、30)之间的交点(26)的位置，其中，如果交点没有出现或出现得太少，则所述控制设备(17)在必要时改变所述测量面，特别是移动所述测量面，以及所述控制设备(17)由所述交点(26)的所述位置和所述面(20、30)的所述已知形状确定所述面的位置(19)。
14.按权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制设备(17)控制所述装置(1)，用于实施按上面方法权利要求中的一个或多个所述的方法中的一个。
15.按上面的装置权利要求之任一所述的装置，其特征在于在所述接触面(20)上覆盖所述接触元件(19)的覆盖机构，用于吸收透过的测量激光辐射(4)。
16.按上面的装置权利要求之任一所述的装置，其特征在于，所述测量激光辐射(4)是脉冲的且脉冲能量位于2nJ和300nJ之间。
17.按上面的装置权利要求之任一所述的装置，其特征在于，所述测量激光辐射源通过被控制到发出低能量的激光辐射脉冲的工作模式下的加工激光辐射源(3)来实现。
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