CN102834755B - 用于激光系统的聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于激光系统（10）的聚焦物镜（12）的能移动的重量补偿悬架的装置，包括：力产生装置，该力产生装置用于产生抵消所述聚焦物镜（12）的重力的反作用力分量（G）；传动装置，该传动装置将所述反作用力分量（G）传递到所述聚焦物镜（12）上并允许所述聚焦物镜的向上/向下补偿运动；引导装置，该引导装置用于能移动地引导所述聚焦物镜，以使在所述聚焦物镜（12）的向上/向下补偿运动期间所述聚焦物镜的光学轴线（O）至少保持其在空间的方位并优选地保持所述聚焦物镜的光学轴线（O）在空间的位置。

Description

用于激光系统的聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架的装置

技术领域

本发明涉及激光系统的聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架。所述激光系统优选提供脉冲激光辐射，该脉冲激光辐射通过聚焦物镜被聚焦到辐射将要作用的期望位置。

背景技术

在涉及活体组织的治疗并且组织和激光系统之间直接接触的场合，聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架不是仅仅而是尤其被期望。例如，在用激光外科手术对人眼做手术的情况下，当使用超短脉冲激光辐射在眼角膜或眼睛的其它组织上制造切口时经常发生这种直接接触。在这种情况下，直接接触意欲在辐射传播的方向相对于激光系统精确地定位待被治疗的眼睛。通常，合适的接口单元（interface unit）（患者适配器）被连接在聚焦物镜的前面，并实现眼睛与激光系统的物理联接。接口单元通常具有被联接到聚焦物镜的用于接触元件的保持器，接触元件将被接触到眼睛并由对激光辐射能穿透的材料制成。例如，接触元件可为用于压平眼角膜的平面下侧（plane underside）。

激光系统中的聚焦物镜通常为多透镜系统，其可能将相当大的重量放在天平上。对于这种聚焦物镜，若干千克不是少见的。显然，在眼睛手术中，聚焦物镜的全部的重量必须不能搁在正被治疗的眼睛上。因此，用于聚焦物镜的重量补偿悬架被提供。例如，在这种重量补偿方案的情况下，聚焦物镜仍然施加在眼睛上的力减少到几牛顿（例如，1至2N）。这使得如果患者突然不由自主地抬起他或她的头部，例如，恐慌反应中，能够温和地并对眼睛没有伤害地向上偏移聚焦物镜。

US5336215中给出聚焦物镜的重量补偿悬架的实例。那里，物镜的重量由弹簧系统补偿，物镜依靠弹簧系统而相对于框架能移动的悬挂在框架中。

发明内容

本发明的目的是提供一个用于激光系统中的聚焦物镜的重量补偿的可靠的和精确的功能方案。

根据本发明，为了该目的而提供激光系统的聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架，包括：

-力产生装置，该力产生装置用于产生抵消所述聚焦物镜的重量的反作用力分量；

-传动装置，该传动装置将所述反作用力分量传递到所述聚焦物镜上并允许所述聚焦物镜的向上/向下补偿运动；和

-引导装置，该引导装置用于能移动地引导所述聚焦物镜，以使在所述聚焦物镜的向上/向下补偿运动的情况下，所述聚焦物镜的光学轴线至少保持其在空间的方位并优选地保持其在空间的位置。

在所述物镜的向上/向下补偿运动的情况下，通过所述引导装置引导所述聚焦物镜阻止所述物镜的所述光学轴线的不期望的倾斜。“向上/向下补偿运动”在此被理解为所述聚焦物镜相对于所述激光系统向上或向下的运动。因此，不管所述物镜的补偿运动，所述光学轴线对于正被治疗的对象保持特定方向，例如对于正被治疗的人眼的光学轴线。在此应该指出，本发明原则上可被用于任何应用目的的激光系统，特别地可被用于在任何材料（包括死的物质）上工作的激光系统，而且决不被限制到眼科应用目的。

所述力产生装置可包括配重（counterweight），该配重的质量用于产生至少部分所述反作用力分量，特别地全部所述反作用力分量。所述配重可由单个配重构件构成，或者替代地，由多个（至少两个）单独的重量构件构成，例如多个单独的重量构件能够以能改变数量或/和相对彼此能改变位置的方式而被使用，所述单独的重量构件也可被结合成单个总重量，以及从所述总重量中单独取出。通过所述配重的这种变化，特别能够将重量补偿精确地配衡（taring）。

而且，在本发明中，不应排除通过至少一个弹性元件产生部分所述反作用力分量。由于通常与弹性元件关联的有效力取决于距离（弹性取决于弹性元件的变形状态）的缺点，所述力产生装置优选不仅仅通过弹性元件产生所述反作用力分量。然而，将一个或更多的弹性元件与配重结合也是可想象的，例如出于执行期望的力-距离依从关系的目的。

所述传动装置优选为摇杆的形式，所述反作用力分量作用在摇杆的一侧，所述聚焦物镜的所述重量作用在摇杆的另一侧。从功能上讲，所述摇杆可与杠杆秤（weighingbeam）相比。

例如，所述摇杆由至少一个杆体形成，所述至少一个杆体的一个杆臂被连接到所述聚焦物镜，而所述至少一个杆体的另一个杆臂被连接到所述力产生装置。理解的是，两个或更多的这种杆体可被相邻地、平行地且隔一定距离被提供以形成所述摇杆。所述力产生装置在所述杆体上的力作用点可沿所述杆体被调节，进而调节作用在所述杆体上的力矩。通常，优选所述力产生装置在所述摇杆上的至少一个力作用点与所述摇杆的转动轴线的距离能被调节。

施加在所述摇杆的一侧（即在一个杆臂上）以产生至少部分所述反作用力分量的配重的使用在所述聚焦物镜的整个操作所需要的运动行程上具有使所产生的反作用力分量最大可能恒定的优点。通过所述配重的重心相对于所述摇杆特意地移动，悬架装置的力-距离特征曲线可被明确设定。这使得能够配衡，即使具有不能分割的配重。另一方面，如果所述力产生装置包括至少一个弹性元件，除弹性元件的典型弹簧状力-距离特征之外，悬架装置的力-距离特征曲线可被设定，由于弹性元件的力作用点沿所述杆或沿所述摇杆能移动。

所述聚焦物镜优选被支撑在所述摇杆上，以使其可以能围绕在一定距离处的平行于所述摇杆的转动轴线延伸的旋转轴线相对于所述摇杆旋转。为了所述物镜的光学轴线的空间位置的稳定性，建议聚焦物镜以距所述摇杆的转动轴线能变化的距离支撑在所述摇杆上。如果所述摇杆被倾斜，那么所述聚焦物镜可进行同时运动，意味着改变与所述摇杆轴线距离。以这种方式，所述物镜可沿直线而不是沿环形路径向上和向下移动，即所述物镜保持其相对于正在工作的所述物镜的横向位置（横向意思是与所述物镜轴线成直角）。

所述摇杆的转动轴承优选为低摩擦形式，而且例如可通过塑料滑动轴承或滚动轴承而被执行。低摩擦是理想目标，是为尽可能避免覆盖（overlaid）的摩擦力歪曲所述悬架装置的有效的力-距离特征。

在优选的实施例中，所述聚焦物镜被支撑在所述摇杆的支撑表面构造（arrangement）上，以使它可自由移动。特别地，所述支撑表面构造可为使所述物镜被松弛地放置在所述摇杆上的形式。例如，所述支撑表面构造可由所述摇杆的至少一个杆体的至少一个纵向凹槽形成，所述物镜可用合适的支撑销或其它的支撑结构而被插入到所述至少一个凹槽中。例如，所述凹槽可向上开放，或/和它可相对于所述物镜抓紧的相关杆臂的纵向范围而向前或后开放，使得所述物镜的所述支撑结构可从前面或后面被插入所述凹槽。

理解的是，例如，所述支撑表面构造可替代地为一个或更多的封闭的（enclosed）长孔的构造形式，所述物镜通过合适的支撑突起接合每个长孔。还理解的是，根据修改，所述支撑表面构造可被形成在所述物镜上，用于支撑在所述支撑表面构造上的合适的支撑结构可被形成在所述摇杆上。

在任何情况下，所述物镜在所述摇杆上的支撑优选为不仅使得在所述摇杆的转动运动过程中所述物镜能够相对于所述摇杆旋转，而且使得所述物镜的旋转轴线与所述摇杆轴线之间的距离能够径向改变（径向上相对于摇杆轴线）。

所述引导装置优选为具有与所述聚焦物镜的所述光学轴线平行的引导方向的直线引导形式。所述引导装置优选具有在所述聚焦物镜的向上/向下补偿运动的情况下阻止所述聚焦物镜横切光学轴线的运动的引导结构。这对于稳定所述物镜在空间的位置是有用的。

例如，所述引导装置可包括直线轴承和在其内被引导的滑块。所述滑块可被固定在所述聚焦物镜上。所述直线轴承还可包括至少一个引导槽。所述滑块还可包括至少一个引导突起，所述至少一个引导突起被装配为与所述引导槽以使所述滑块在水平方向的运动被避免的方式工作。以这种方式，使所述聚焦物镜在垂直方向的引导成为可能，所述聚焦物镜的所述光学轴线在其相对于初始位置的补偿运动的情况下能够保持其对准和位置。为了这个目的，所述引导槽可被形成为具有底切（undercut），所述引导突起被接合到底切中。

根据另一观点，本发明提供一种激光系统，包括：

-激光辐射源，优选为脉冲激光辐射；

-聚焦物镜，用于使所述激光辐射聚焦，所述聚焦物镜具有光学轴线；

-接口单元，所述接口单元被布置在所述聚焦物镜的辐射出口侧上，并优选为被能分离地联接到所述聚焦物镜，所述接口单元具有对于所述激光辐射能穿透的接触元件，所述接触元件放置在将使用所述激光辐射在其上工作的对象上。

-悬架装置，特别地为上述类型，该悬架装置为所述聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架，该装置具有含有两个摇杆臂的摇杆，所述摇杆被支撑在壳体构件上以使所述摇杆能围绕所述激光系统的摇杆轴线被转动，所述聚焦物镜被支撑在所述摇杆臂中的一个上以使所述聚焦物镜能围绕平行于所述摇杆轴线的旋转轴线相对于所述摇杆旋转，用于产生补偿所述聚焦物镜的至少大部分的重量的反作用力分量的配重附接在另一摇杆臂上，所述反作用力分量补偿所述聚焦物镜的至少大部分的重量，所述装置还具有用于沿所述聚焦物镜的所述光学轴线能直线移动地引导所述聚焦物镜的引导系统。

附图说明

下面基于附图进一步阐述本发明。

图1示意性地且根本不按比例地示出用于在人眼的眼角膜或其它组织部分制造切口的激光系统的实施例。

具体实施方式

激光系统作为整体被标记为10，在附图中仅示出激光系统的“输出段（outputstage）”，即基本上仅示出聚焦物镜12与布置在聚焦物镜12的辐射出口侧上的患者适配器13。聚焦物镜12通过悬架装置14被重量补偿并被能移动地悬挂。如果在此处提到“重量补偿”，其意思是至少补偿物镜12的绝大部分的重量。物镜重量的特别小的残留部分可仍然为没有补偿，例如数量级为几牛顿的重量。聚焦物镜12以没有被更详细的显示的方式将由激光系统10提供的无焦激光辐射射线束聚焦到待被切除的眼组织内的焦点位置。例如，所使用的激光辐射具有毫微微秒范围内的脉冲宽度和低红外范围内（例如，在大约1000nm与大约1110nm之间）或紫外范围内且优选在大约300nm之上的波长。

在图1所示的实施例中，悬架装置14具有含有配重16的力产生装置，该力产生装置产生垂直指向的重力分量，其意欲用配重应该至少部分地补偿聚焦物镜12的重量。悬架装置14还包括摇杆18形式的传动装置，摇杆18在图1中的右手端被能分离地连接到配重16，而摇杆18在图1中的另一、左手端具有用于能分离地与聚焦物镜12联接的轴承座20。配重16可沿摇杆的合适的杠杆臂移动，以使配重的有效的力作用点K可被改变，从而有效的反作用力矩可被改变。

摇杆18由轴承22承载，使得摇杆18可围绕在物镜12的作用点和配重16的作用点之间的一距离处的转动轴线X旋转。轴承22经由被示意地指示的支撑部分23上的一个或更多的连接颊板21支撑摇杆18，支撑部分23本身可被布置为相对于激光系统10的其它部件静止或能移动。

例如，摇杆18可具有矩圆形（oblong）的、特别地基本上直的杆（leverrod）19，杆19一端被联接到物镜12，另一端被联接到配重16。特意地，两个这种杆19被彼此平行地提供在物镜12的两侧（即，在图1的观察方向中，在物镜12的后面和前面）。然而，仅一个杆将在进一步的描述中被提及，但是下述的说明类似地应用于两个杆。

在所示的实例中，上面提及的轴承座20由杆19的侧向制成的凹槽24（由虚线指示）形成，凹槽24在多于一侧上开放，即在图中为向上和向左。该凹槽24的槽底（floor）24a形成枢轴颈26的支撑表面，枢轴颈26侧向远离物镜12并伸入凹槽中。聚焦物镜12通过其枢轴颈26松弛地搁在杆19上。如果摇杆18被转动，不仅物镜12围绕轴颈轴线相对于摇杆18被旋转，而且枢轴颈26在轴承座20内被移动。随着该移动，枢轴颈26与转动轴线X的径向距离改变。不管物镜12向上或向下运动，这使得能够保持光学物镜轴线O在空间的位置和方向不被改变。从而枢轴颈26在轴承座20内在尽可能没有摩擦的情况下发生移动，例如枢轴颈26可承载滑动或滚动轴承上的环28，环28可在凹槽24的槽底24a上滚动。

悬架装置14还包括用于垂直线性引导聚焦物镜12的引导系统。而在轴承座20内移动枢轴颈26的可能性产生当物镜12移动时物镜轴线O在空间的恒定位置的前提条件，引导系统确保物镜轴线O实际上不被倾斜或被横向移动（向轴线O）。

在所示的实施例中，引导系统包括相对于聚焦物镜12固定的直线轴承30和被引导在直线轴承30上并被固定在聚焦物镜12上的滑块32。直线轴承30被提供有引导槽34，引导槽34为底切的形式并接合滑块32的引导突起36。在图1所示的实施例中，引导突起36的横截面为T形，引导突起36的两个T侧臂36a以使聚焦物镜12远离直线轴承30（在图1中向右）的水平（横向）运动被阻止的方式接合底切引导槽34。另外，T侧臂36a与底切引导槽34的接合确保聚焦物镜12不倾斜。聚焦物镜12一直被引导装置保持在特定的方向。

引导突起36与引导槽34的接合提供充足的垂直游隙，以确保聚焦物镜12在垂直方向的必要的运动行程。

如果聚焦物镜12与其患者适配器13被放置到待被治疗的眼睛上（未示出），聚焦物镜12可通过由眼睛引起的微小的反压力而被垂直向上偏移。就聚焦物镜12的补偿运动来说，枢轴颈26通过沿凹槽24的槽底24a滚动（或替代为滑动）而移动，而摇杆18围绕摇杆轴线X顺时针旋转，同时物镜12围绕枢轴颈26的轴线相对于摇杆18旋转。相比之下，在假想假定的情况下，如果聚焦物镜12被刚性连接到摇杆18，聚焦物镜12的向上或向下的运动将导致倾斜光学轴线O。然而，在所示的实施例中，由于物镜12在摇杆18上的能移动的支撑，并由于物镜12通过直线轴承30的直线引导，这种倾斜被排除。

Claims (12)

1.一种激光系统(10)，包括：

-激光辐射源；

-聚焦物镜(12)，该聚焦物镜用于使所述激光辐射聚焦，所述聚焦物镜具有光学轴线(O)；

-接口单元，该接口单元被布置在所述聚焦物镜的辐射出口侧上，并包括对于所述激光辐射能穿透的接触元件，所述接触元件放置在将使用所述激光辐射在其上工作的对象上；

-用于所述聚焦物镜的能移动的重量补偿悬架的装置，该装置具有含有两个摇杆臂的摇杆，所述摇杆被支撑在所述激光系统的壳体构件上以使所述摇杆能围绕摇杆轴线(X)被转动，所述聚焦物镜被支撑在所述摇杆臂中的一个上以使所述聚焦物镜能围绕平行于所述摇杆轴线的转动轴线相对于所述摇杆旋转，力产生装置作用在另一摇杆臂上用于产生抵消所述聚焦物镜的重量的反作用力分量，所述力产生装置包括配重(16)，该配重的质量用于补偿所述聚焦物镜的至少大部分的重量，所述装置还具有用于沿所述聚焦物镜的所述光学轴线能直线移动地引导所述聚焦物镜的引导装置，其中所述引导装置被设置为引导所述聚焦物镜，以使在所述聚焦物镜(12)的向上/向下补偿运动的情况下，所述聚焦物镜的光学轴线保持其在空间的方向和位置。

2.根据权利要求1所述的激光系统，其中激光辐射为脉冲的。

3.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述接口单元被能分离地联接到所述聚焦物镜。

4.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述力产生装置在所述另一摇杆臂上的至少一个力作用点与所述摇杆轴线的距离能被调节。

5.根据权利要求1所述的激光系统，其中除了所述配重外，所述力产生装置还包括至少一个弹性元件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光系统，其中所述配重由单个不能分割的配重构件构成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的激光系统，其中所述配重由至少两个的多个单独的配重构件构成。

8.根据权利要求7所述的激光系统，其中所述多个单独的配重构件能够以能改变数量的方式被联接到所述另一摇杆臂。

9.根据权利要求7所述的激光系统，其中所述多个单独的配重构件能够以相对彼此能改变位置的方式被联接到所述另一摇杆臂。

10.根据权利要求7所述的激光系统，其中所述多个单独的配重构件能够被结合成单个总重量。

11.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述聚焦物镜以距所述摇杆轴线能变化的距离支撑在所述摇杆上。

12.根据权利要求1所述的激光系统，其中所述引导装置具有在所述聚焦物镜的向上/向下补偿运动的情况下阻止所述聚焦物镜横切所述光学轴线(O)的运动的引导结构。