CN1089199A - 激光烧蚀用的对称性净化扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过烧蚀改变目的物表面的 改进方法，其结果在于能够减少烧蚀物残渣在目的物 表面上的再沉积。

Description

本发明涉及通过激光烧蚀改变目的物表面领域，以及使用激光对于表面及由这类烧蚀方法改变后的目的物进行修正的方法。
利用激光束来改变表面是公知的。早在二十世纪八十年代即已发现，以紫外频率范围发出的脉冲激光，通过烧蚀作用的光致分解（APD）能够改变目的物的表面。后来曾经发现，通过采用APD，可以除去的目的物材料层约为每一脉冲1微米目的物材料的数量级。
另外还曾指出，APD并不对重新又直接暴露在被烧蚀材料下面的材料的特性产生显著性蚀变。这种现象被解释为，由于紫外激光器在足够短的时间周期内提供的足够能量，实际上能破坏聚合的目的物材料的共价键但不会对其基底加热（参见美国专利Nos.4，417，948及4，568，632）。此外，采用APD的扫描方法已在美国专利5，061，342中公开。
根据进一步研究还曾发现，某些材料当被烧蚀时能够产生不等量的被烧蚀有机物残渣，其中有些会再沉积在目的物材料的表面上。据认为，这种再沉积的残渣能以某种方式阻止对于被烧蚀的目的物表面予示蚀变的企图。
此外，还曾发现，某些材料不能象其它材料那样被干干净净地进行蚀刻。对于目的物的表面进行烧蚀，一方面还要除掉来自该表面的再沉积和被粘附残渣的方法，尚且是未知的。
现在制定的一种新方法，是用来按一定方式烧蚀表面，以便同时清除掉再沉积的残渣而随后又能避免残渣的聚积。为了在选定的目的物上获得所需要的最终表面，必须在烧蚀过程继续在目的物表面的剩余部分上面进行之前，先从该表面上清除烧蚀过程中形成并成为再沉积及粘附在该表面上的残渣。
根据本发明公开的烧蚀目的物表面的方法，包括同时将分束后的脉冲的紫外辐射光束射在上述目的物表面上对其进行光致烧蚀，且让这些光束相对此目的物表面运动，以使整个目的物表面都能够被扫描。
根据本发明的进一步实施例，公开了一种光致烧蚀目的物表面的方法，所包括的步骤为：a）将分束后的脉冲紫外辐射光束同时射在目的物表面上的平分线上，以及b）让该分束光束的各条光束沿着彼此相离且离开上述平分线方向，朝向目的物表面的相反边缘进行扫描，以使整个目的物表面都能够被扫描。
在更进一步的实施例中，公开了一种光致烧蚀目的物表面的方法，所包括的步骤为：a）将环形的脉冲紫外辐射光束射在目的物表面的中心点上，以及b）增大上述环形光束的半径，使得该光束同时离开上述中心点朝向目的物表面的边缘进行扫描，以使整个目的物表面都能够被扫描。
在又一个实施例中，公开了一种光致烧蚀目的物表面的方法，所包括的步骤为：a）将环形的脉冲紫外辐射光束射在目的物表面的中心点上，以及b）逐渐增大上述光束的半径，使得该光束同时在所有方向上离开上述中心点朝向目的物表面的所有边缘进行扫描，以使整个目的物表面都能够被扫描。
进一步的设想是，本申请提出的发明对于压型的交联的、热固性、热塑性或其它材料特别有用，其中包括适于用作接触透镜的光学透明材料。
图1表示接触透镜坯料的横截面图。图中虚线为最终要求的复曲面表面的放大。
图2为表示让分束后光束同时进行扫描的新方法的原理图。
图3为表示让分束后的光束同时进行扫描的方法的透视图。
图4为表示作为环形束扫描方法提出的典型实验装置示意图。
本发明涉及一种变更光学表面的新方法，以使其按照球面、柱面或者不同的折射本领产生变化。这种新方法乃是美国专利No.5，061，342中教导的工艺过程的改进，其整个内容在此被结合作为参考。
如图1所示，通过在光学区的外围除掉更多一些材料，便可在目的物接触透镜的坯料上设置一个复曲面弯曲。然而本领域技术熟练的专业人应当理解，利用本发明可以产生出任何形状的表面，这里提供的图形仅为了说明的目的。
本发明提出的方法是利用紫外辐射从目的物表面上烧蚀掉材料，以便    产生出最后的表面，例如复曲面。复曲面接触透镜，可被理解为能够矫正由于散光引起的视觉灵敏度不足的透镜。这样的透镜具有柱面的折射元件，在经过光轴的所有平面内其折射本领并非固定，而是在一个平面内具有最高的折射本领，且在垂直此第一平面的另一平面内具有最低的折射本领。
适于烧蚀的目的物表面，包括有接触透镜、接触透镜坯料、用于制做接触透镜的模具、用于制做这种模具的工具，以及任何其上直接或者间接地给出所需要的可予测的最终的球面、柱面或者不同的折射本领或几何形状的物件，例如接触透镜。
为了产生所需要的最终结果，往往须从目的物表面上除去不等量的材料。例如为了在接触透镜上产生出复曲面，必须从光学区的边缘或周围除掉比光学区的中央部位更多的材料（参见图1）。因此，为了产生复曲面，与光学区的中央部位被扫描且其表面被烧蚀时产生的有机物残渣相比，光学区周围将产生更大量的烧蚀物残渣。
曾经发现，当激光束在透镜的一个边缘开始其扫描以产生出复曲面时，该透镜的表面上会随机地再沉积出显著的被烧蚀物残渣。其中的某些残渣将再沉积在激光束扫描光路中的透镜目的物之上。当出现这种情况时，随着激光继续其扫描，此激光束首先碰到的材料不再是原来的目的物表面，而是再沉积的由其周围新近粘附的残渣。
尽管由美国专利5，061，342中描述的所谓“边缘至边缘”扫描产生出来的最终表面常常是对其它已知的表面变型方法（诸如钉板条之类）的一种改进，然而应当相信，再沉积的有机物残渣会阻碍获得最佳结果的可能性。
因此，如本发明所设相的那样，图2及3表示原始的激光束1是由准分子激光器2发出的。此原始的激光束射向分束用的棱形镜3，并可有两束光4及5产生。随后这两束光射向曲面的辅助反射镜6及7，依次再由该反射镜将其射向目的物表面8。在本发明的一个实施例中，扫描用的反射镜6及7是由计算机装置（未表示）控制的，同时对这些光束起作用，以使其同时穿过目的物表面运动及扫描。在适于改变或者产生出复曲面的一个实施例中，开始时这些光束是会聚在目的物表面的平分线9上的，而且沿着彼此脱离的方向朝向目的物表面的相反边缘10及11同时进行扫描，以实现对整个目的物表面的完全扫描。按照这种方式，与已知的边缘至边缘扫描方法相比，会有更多的烧蚀物残渣逐渐地从光学区中扫除。
应当理解，目的物表面上的平分线，乃是穿过目的物表面中心延伸的一条线。（就形状而言，目的物表面不必一定是圆的或者球面。）
在进一步实施例中，图4表示能够扩展及收缩的环形光束，可被用来同时对目的物表面的众多区域进行扫描。图4表示的这种系统，其实施例之一中，来自准分子激光器13的原始光束12，可被射在锥形反射镜14或者其它能够产生环形光束15的反射镜上，随后该环形光束被射在圆环形的辅助反射镜16上。然后由此辅助反射镜将该环形光束射在目的物表面上。通过让此锥形反射镜相对圆环形的辅助反射镜移动，可以逐渐增大或者减小该光束的直径。在实施例之一中，此环形光束随后可以其趋近为一点的最小直径射向目的物表面的中心点17，并且同时向外扩展伸向目的物表面的最外围，以使整个目的物表面都能被扫描，而且烧蚀物残渣会沿所有方向同时向外逐渐扫除到目的物表面的周围。按照这种方式，与已知的边缘至边缘扫描方法相比，似乎会有更多的残渣逐渐从光学区中被有效地扫除。
施加在目的物每一单位面积上的激光能量通称为能量密度，对于紫外辐射来说，常常用每平方厘米毫焦耳（mJ/cm2）来表示。根据本发明进行扫描的激光能量密度的范围，最好约从20至约2000毫焦耳/厘米2，约从500至约2000毫焦耳/厘米2更好，且从750至约1500毫焦耳/厘米2为最好。
本领域的技术熟练人员很容易理解，各种已知的反射及折射系统均可用来取代这里的反射（反射镜）系统，以上公开的该系统只是为了说明的目的。
“交联的”聚合物材料被理解为是对任何一种聚合物材料的描述，该聚合物材料带有通过或是由元素、基团或是由通称为交联剂的化合物构成的桥（bridge）将其聚合物分子的两个链组成的连接物（attachment）。
“热固性”材料一词，是指加热时不可逆转地固化或“凝固”的聚合物材料。对比起来，“热塑性”材料被理解为是指受热时变软并能恢复至其起始状态的聚合物。
尽管本发明非常适合于接触透镜的变型，然而改变接触透镜的钮扣状物（button）、坯料和模具以及用于制做该坯料、模具及接触透镜的工具，也已由本发明仔细考虑。实际上用以赋予目的物表面光学性能的任何手段，均可由本发明加以改变。通过对用于制做模具的这类工具进行激光扫描以变更表面，依次再将该模具例如按浇铸法用于制做接触透镜，被公开在与此同时提出并共同转让的被标记为代理卷号No.P00995的美国专利申请中。
对于象角膜雕刻以及烧蚀残渣被想象为是扫描后妨碍达到更好的目的物表面质量因素的任何其它方法的另外一些激光扫描应用来说，本发明进一步被认为是有用的。
对于本领域技术熟练的专业人员来说，根据这里提出的教导对本发明作出其它一些改进和变更是可能的。因而应当理解，在权利要求书的范围内，本发明可以不同于这里的特定描述去实施。

Claims (16)

1、一种光致烧蚀目的物表面的方法，其特征在于，所包括的步骤为：a)将分束后的脉冲紫外辐射光束同时射在目的物表面上的平分线上，以及b)让该分束光束的各条光束沿着彼此分离且离开上述平分线方向，朝向目的物表面的相反边缘进行扫描，以使整个目的物表面都能够被扫描。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的脉冲紫外辐射光束是由准分子激光器发出的。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的目的物表面包括交联的聚合物材料。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的目的物为热固性材料。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的目的物为热塑性材料。
6、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述紫外辐射光束的能量密度，约从20毫焦耳/厘米2至约5000毫焦耳/厘米2。
7、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的目的物为接触透镜。
8、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的目的物为复曲面的接触透镜。
9、一种光致烧蚀目的物表面的方法，其特征在于，所包括的步骤为：a）将环形的脉冲紫外辐射光束射在目的物表面的中心点上，以及b）逐渐增大上述光束的半径，使得该光束同时在所有方向上离开上述中心点朝向目的物表面的所有边缘进行扫描，以使整个目的物表面都能够被扫描。
10、一种重建的目的物表面，其特征在于，其制备是靠至少让两条脉冲的紫外辐射光束同时射在上述目的物表面上，并且让这些脉冲光束彼此相对同时射遍目的物表面，以使整个目的物表面都能够被扫描。
11、根据权利要求1的目的物表面，其特征在于，所述的目的物是一个能够在另一个表面上赋予光学性能或表面几何形状的元件。
12、根据权利要求9的目的物表面，其特征在于，所述的目的物是一个能够在另一个平面上赋予光学性能或表面几何形状的元件。
13、根据权利要求1的目的物表面，其特征在于，所述的目的物为接触透镜。
14、根据权利要求9的目的物表面，其特征在于，所述的目的物为接触透镜。
15、根据权利要求1的目的物表面，其特征在于，所述的目的物为角膜表面。
16、根据权利要求9的目的物表面，其特征在于，所述的目的物为角膜表面。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication