CN113101048B - 通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备，其具有用于产生辐射的装置和用于对辐射进行聚焦的光学系统，用于改变聚焦辐射的焦点的位置的装置以及控制装置。本发明的目的在于描述用于处理表面的设备和方法，其允许使用低成本光学系统工作，但表面的处理以最高质量进行。该目的通过一种设备实现，扫描图案被编码到该设备中，该扫描图案在x方向和/或y方向上具有带有至少一个横向基本分量的扫描运动，至少一个所述横向基本分量通过在z方向和x方向和/或y方向上的同步方向改变运动的分量叠加。

Description

通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗 设备

本申请是申请日为2016年07月06日的题为“通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备”的中国专利申请号201680040597.X的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科治疗设备，其包括用于产生辐射的装置，用于将该辐射聚焦在处理体积中的焦点中的光学系统，用于改变焦点在处理体积中的位置的装置和控制装置，该控制装置被配置为对该装置进行控制。本发明还涉及一种用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的相应的方法以及一种控制程序产品和用于该装置的计划单元以及一种用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的方法。

背景技术

这样的装置优选用于眼科学作为眼科治疗设备，相应的方法被作为眼科治疗方法。待处理的透明材料可以是天然的眼部组织，例如晶状体，角膜或囊袋(Kapselsack)，或者也可以是人造眼睛材料，例如人造晶状体。

到目前为止，所谓的螺旋扫描是常见的。这些例如在出版物US 5,984,916和DE 10201 1085 047 A1中被描述，图1a中示出了一个实施例。激光束1通过光学系统2、201聚焦在透明材料3中。焦点4在此通过沿扫描线5的扫描系统穿过透明的眼组织3移动，该扫描线在此由于侧向任意闭合的运动、例如旋转运动和该扫描系统的缓慢的z移动是螺旋的。光学系统2、201确定焦点锥体6的形状。为了能谁用这样的螺旋扫描来处理眼组织3，能通过光学系统2实现的、用于激光器1的聚焦的区域需要足够大，以实现所有工作区而没有光学系统2、201的缓慢的横向移动。光学系统2、201相应地大且昂贵。由于所需的尺寸，这种方法也是有条件地适用于具有偏转臂的柔性移动设备。

另外，利用飞秒激光进行切割是已知的，该切割通过快速扫描运动在垂直方向上进行。这被称为垂直z摆动，并且例如在文献WO2013/057318A1中进行了描述。图1b示出了z摆动的示意性实施例。在此，激光射束1也通过光学系统2、202在透明材料3中聚焦。由此，焦点4通过扫描系统沿着扫描线5移动通过透明的眼睛组织3，扫描线5通过在z方向上的周期性重复快速扫描运动产生，该运动与x-y平面中的慢速扫描运动叠加。通过激光扫描来处理眼组织3的这种运动允许较小的光学系统2、202，因为快速运动各自在小的体积中执行。然而，在不利的切割或加工模式的情况下，已经产生的垂直切割线或加工线遮蔽部分地用于紧邻地要施加的切割线的激光焦点4。

因此，目的在于描述用于在透明材料的处理体积中处理表面的装置和方法，其中可以利用廉价的、也就是较小的光学系统进行工作并且已经实现的激光焦点中的切割线或图案的阴影效应对将要产生的切割线或图案影响最小化。

如文献EP 2 412 341 B1或EP 2 596 773 B1所公开的，在x-y平面中由横向摆动提供了一种可能性。

从这样的快速的例如摆动的横向运动开始，现在有可能通过增加慢速z运动来产生平行于z轴的平面，如图2所示。激光束1或另一辐射又通过光学系统2、202聚焦在透明材料3中。由此，焦点4通过扫描系统沿着扫描线5移动通过透明的眼睛组织3，扫描线5由在z方向上与慢速扫描运动叠加的周期性重复的快速横向扫描运动产生。在此，例如，具有明显的局部z延展(即z方向上的延伸)和横向延展的圆柱形区段由多个“片”，即部分处理表面组成，从而能够利用横向摆动的速度优势，其中该局部z延展大于激光焦点的有效范围并进而需要利用焦点4进行多次叠加扫描，其中，该横向延展大于(部分)场，该场能够能利用光学系统2、202在没有另外的横向移动的情况下同时实现。这种“片”的措施在使用眼科学中的横向摆动的情况下对于一系列的处理图案，特别是截面图像，例如囊切开术的圆柱形部分是必要的。

利用一种装置进行横向摆动是可能的，该装置允许在垂直于辐射轴线的处理体积的平面内的快速扫描。

但是，若干部分处理表面的组合产生了许多边界区域501，其中两个相邻的部分处理区域必须彼此对齐，由此一方面不会产生“处理间隙”，另一方面区域不会被处理两次，而这并不是预期的。这导致在部分处理区域的边缘区域的这样的情况，在该种情况中通过已经产生的切割线或加工线导致的阴影效应是不可避免的。

发明内容

因此，本发明的目的是描述一种特别用于眼科的装置和方法，用于借助于聚焦辐射来处理透明材料的处理体积中的表面，其允许利用廉价的、也就是小的光学系统来工作，利用该光学系统然而以最高质量完成表面的处理。在此，已经产生的处理线或图案，在此也称为扫描线或扫描图案的的阴影效果为了还要产生的线或图案要避免或至少最小化，使在两个部分处理区域之间难以对准的边界区域最小化并且产生具有最大灵活性的表面形状。被处理的透明材料损坏的风险也应该降到最低。

该目的通过根据权利要求1至13中任一项的用于处理透明材料、尤其是眼睛的处理体积中的表面的装置实现。

一种装置设计用于通过聚焦辐射来处理透明材料，特别是眼睛的处理体积中的表面。因此，这种装置是用于眼科医学的眼科治疗设备，该装置例如出于眼科治疗或辐射的目的而应用与眼科。然而，从解释中可以看出，该装置根据其特点和操作原理而不限于眼科。

处理表面可以是三维处理体积中的二维表面。然而，表面也可以具有额外的曲率并且因此形成代表三维结构的表面。特别地，该表面可以是三维处理体积中的独立表面。

待处理表面的一个特殊情况形成了用于产生处理线的“表面”的形成，使得该“表面”在至少一个空间方向上显著地延伸，并且在至少一个另外的空间方向上具有最小程度的延伸。这样一个“表面”用于例如薄的结构的开放，在眼科医学中应该被提到作为一个例子，表现为一种囊切开术。

处理表面可以是分离表面或切割表面。然而，其也可以是其上透明材料被去除或改变其材料性质的表面，例如粘合结合。

透明材料是在所使用的辐射的波长范围内仅具有小的，几乎可以忽略的线性吸收的材料，因此需要额外的措施，例如辐射的聚焦，以便在该材料中产生效果。

待处理的透明材料可以是眼组织，如角膜，晶状体，晶状体袋或玻璃体。然而，它也可以是人造材料，特别是人造眼睛材料，例如人造晶状体(IOL)，在该人造眼镜材料上进行矫正。待处理的材料可以是有机的也可以是无机的。

该装置包括用于产生辐射的装置。这可以是发射可聚焦辐射的相应的光源或其他辐射源。特别地，用于产生辐射的装置可以包括激光器，即通过辐射的受激发射来放大光的装置。这种激光器通常由较窄的频率范围产生高强度的光，具有较高的空间相干性。

有利地使用脉冲激光器，特别是诸如飞秒激光器(fs激光器)的短脉冲激光器来产生飞秒激光束或皮秒激光。脉冲激光器在时间有限的部分中发射光，即不是连续的。它提供了高能量密度。

在这种情况下，这样的飞秒激光器或皮秒激光器可以例如具有波长范围从200nm到2000nm的波长：水或眼组织在该范围内具有低的线性吸收，并且因此是对于飞秒激光器或皮秒激光器的辐射透明的材质。

今天常用的飞秒激光器具有从750nm到1100nm范围内的波长。也可以使用波长范围在375nm至550nm或范围250nm至367nm的飞秒激光器，其对应于通常的飞秒激光器的频率的两倍或三倍。具体而言，这里例如使用从1020nm到1060nm的波长范围的飞秒激光。

可以在这里使用的飞秒或皮秒激光器的脉冲持续时间有利地可以从50fs到5ps的脉冲持续时间范围中选择。具体而言，此处优选从100fs到1ps的范围，更特别是从300fs到700fs的范围的脉冲持续时间。

这里可用的飞秒或皮秒激光器的脉冲能量有利地处于20nJ-20μJ的脉冲能量范围内。

激光脉冲的重复频率即激光脉冲的重复频率通常选自10kHz至10MHz的范围，从100kHz至1MHz的范围内的激光脉冲重复频率是有利的。

该装置进一步包括用于将辐射聚焦的、也就是集束到处理体积上的光学系统。如此聚焦的辐射的聚焦锥具有聚焦角。其表征焦点的张角，即发散角，其原则上也可以由数值孔径表示。聚焦角描述了在聚焦锥的锥形表面上延伸的线和光轴之间的角度。如此定义的聚焦角因此对应于聚焦锥的锥角的一半。有利的是，在激光处理期间，即使在要处理的透明材料中的不同深度处，焦点角度也保持近似恒定，因为聚焦角也是焦点尺寸，并且因此所需的激光脉冲能量取决于所需的效果。

用于将相干辐射聚焦在焦点中的光学系统允许处理体积中的图像场具有由光学系统限定的像场大小。

首先，能够用大的像场工作是有利的，因为那样可以实现完整的目标场以及因此整个处理体积，而不会使光学系统移位。然而，光学系统的扩大导致该光学系统的生产成本增加，并且因此将显着增加用于处理透明材料的处理体积中的区域的装置的成本。

因此，用于处理处理体积中的区域的廉价装置具有小于处理体积的x-y平面的最大范围的像场尺寸。只有通过光学系统的移动并且因此通过像场的移动才能实现处理体积的x-y平面的最大范围。

聚焦的辐射具有辐射轴线。它是聚焦辐射的对称轴和聚焦锥。

该装置进一步包括用于改变处理体积中的焦点的位置的装置，该处理体积可以由三个空间方向x，y和z来描述。作为横向的x方向和y方向彼此不平行并且各自垂直于基本位置辐射轴线，并且z方向平行于基本位置辐射轴线，其中基本位置辐射轴线通过用于改变处理体积中的焦点在两个横向方向x和y上的位置的装置来表征聚焦辐射的辐射轴线而不使焦点偏转。

焦点位置的变化优选连续进行，但不一定以恒定速度进行。

由圆形坐标R和Φ以及平行于基本位置辐射轴线的方向z描述的处理体积或由球坐标描述的处理体积是可以由三个空间方向x，y和z描述的处理体积：所有的三维坐标系总是可以互相换算的。

处理体积中的表面的处理是通过改变处理体积内的聚焦辐射的焦点的位置来实现的。在聚焦辐射的焦点位置处，形成透明材料中的该聚焦辐射的有效范围，该聚焦辐射被称为聚焦有效区域：在焦点附近处和焦点附近中，聚焦的辐射改变对于相应未聚焦的辐射来说透明的材料。

例如，在使用脉冲激光辐射和恒定的速度时产生焦点位置、扫描速度、由脉率确定的均匀间距间距的聚焦有效区域的变化。在脉冲激光辐射的可变扫描速度和恒定脉冲速率下改变聚焦有效区域的间距间距。

通常，处理表面包括分布在整个区域上的多个聚焦有效区域，这些聚焦有效区域彼此之间的间距间距最大，使得预期的效果不会受到聚焦辐射的影响。这导致沿着要处理的表面的相应处理结果，例如通过透明材料的分离、例如通过光致破裂导致的“切割”，通过烧蚀导致的材料去除，或导致材料改变，例如通过材料在脉冲激光辐射的聚焦有效区域的凝固导致的粘结。

该装置提供了在处理体积内处理透明材料的可能性。因此，处理体积体现了一种空间区域，在该空间区域内，由于其空间改变聚焦辐射的焦点的可能性，该装置可以在该空间区域内执行材料的处理，因此这代表了移动工作点。待处理的透明材料或待处理的透明材料的一部分理想地完全位于处理体积中。

该装置另外包括控制装置，该控制装置被设计为控制该装置，特别是控制用于产生辐射的装置，用于改变聚焦辐射和/或光学系统的焦点的位置的装置。为此，通过相应的通信路径将其与用于产生辐射的装置，用于改变聚焦的辐射和/或光学系统的焦点位置的装置连接。

控制装置可以设计成一个部件或者多个部件。在一体式设计中，它包括一个控制器，控制器可以控制和/或监控组件的所有部件。如果它由多个部分组成，则可以包含多个彼此通信的控制和操控单元。

控制装置可以用控制程序产品编码，或者用位于数据载体上的控制程序产品编码，其中用于编码目的的数据载体与控制装置相关联，或者控制程序产品能够在因特网上或在另外的外部存储空间中提供用于下载，其中控制器可以直接或通过中间阶段建立到互联网或其他外部存储空间的连接。

在此，规划单元作为可被限制的子单元可以包含在控制装置中，其被配置为随着时间的推移执行规划或提供治疗指导的所有步骤，特别是执行用于处理表面的辐射产生、聚焦和扫描运动的参数。计划单元被设置为计划和/或提供扫描图案，作为辐射焦点的位置以及因此在待处理的材料中的焦点有效区域的时间变化。

在多件式控制装置的情况下，这种计划单元也可以表示独立于控制装置的其他单元并且经由通信路径连接到控制装置的其他单元的单元。

在一个实施例中，计划单元可以包括扫描图案的选择表。在另一个实施例中，它包含用于创建扫描图案的算法。

如果包含这样的计划单元的控制装置被编码，则该计划单元提供扫描运动，特别是扫描图案。

根据本发明，该装置设计用于改变装置的焦点位置，在每个任意由三个空间方向确定的方向中在透明材料的处理空间中的慢速扫描运动以及在每个任意的由三个空间方向确定的方向中的慢速扫描运动中的一个独立于在处理体积的一部分的快速扫描运动来执行。在此，快速扫描运动的部分可以通过整个处理空间中的慢速扫描运动来移动。因此，一个完整的快速三维扫描系统与一个独立的、慢速的三维扫描系统相互配合，使得快速三维扫描系统达到整个处理体积的部分区域或部分容积。但是，部分区域可以使用慢速三维扫描系统在整个处理空间中移动。

快速扫描运动的部分区域的可能尺寸由所使用的光学系统的像场尺寸来确定，而且还由快速扫描运动的产生方式来确定。

术语“慢”和“快”在这里相对定义，用于识别两个基本的扫描运动和扫描系统。快速扫描运动以最大速度执行，该最大速度是慢速扫描运动的最大速度的倍数。优选地，快速扫描运动可以是慢扫描运动的十倍至一千倍。

大约是慢速扫描运动一百倍的快速扫描运动是有利的。

在其中进行慢速扫描运动的处理体积的典型尺寸可以是用于例如用作眼科治疗设备的处理装置，其在每个空间方向上在2mm与25mm之间，优选在5mm与12mm之间。

通常可以以1-100mm/s优选约10mn/s的速度扫描该容积。

通过快速扫描运动可以同时达到的部分区域的典型尺寸位于0.5mm和2mm之间的每个空间方向上。例如，通过快速扫描运动可以实现大约1mm×1mm×1mm的三维部分区域。几百赫兹的扫描运动是可能的。

任意可改变的、由三个空间方向确定的方向通过如用于慢速扫描运动的快速扫描运动的每单位时间的三个空间方向x，y和z中的各个扫描部分的矢量相加给出用于快速扫描运动和慢速扫描运动两者。通过同一单位时间的快速扫描运动的方向和慢速扫描运动的方向的矢量相加，再次获得这个单位时间的两个扫描运动的总体方向。

根据本发明的装置因此一方面可以以高速扫描处理体积的部分区域并以显著低的速度扫描整个处理体积：在任何期望和在扫描过程中随着慢速扫描运动而变化的焦点对应于处理体积的期望图案。因此，在扫描过程期间，聚焦辐射的聚焦因此在第二任意可变方向上经受附加在慢速扫描运动上的附加的快速扫描运动。但是，这种额外的快速扫描运动总是只能在处理体积的较小的部分区域中实现。

而且，进行快速扫描运动的高速度使得可以使用具有高激光脉冲重复率的皮秒或飞秒范围内的脉冲激光来在处理体积中相应地分配聚焦有效区域并且彼此不太靠近。

慢速和快速扫描运动之间的这种“分工”允许使用用于快速扫描运动的扫描系统，其能够快速改变焦点位置，因为它们不需要移动大而笨重的光学系统，而用于慢速扫描运动的光学系统可以利用另外的扫描系统移动。

一种装置，特别是眼科治疗设备，包括控制装置，扫描图案被编码到该控制装置中，该扫描图案沿着扫描线具有聚焦辐射的一系列聚焦有效区域。一系列聚焦有效区域在根据本发明的装置的有利实施例中被编码，使得已经实现的聚焦有效区域总是布置在由聚焦的辐射的焦点和聚焦角描述的、用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部。

在此，扫描线是当聚焦辐射的焦点以及聚焦锥借助于用于改变焦点的位置的装置在处理体积中移动时已经出现或将出现的线或轨迹，并且是连续的辐射。扫描线可以是直线，也可以是在平面上或三维空间中完全或部分弯曲的扫描线。

扫描线因此描述了在扫描过程期间作为时间的函数实现的处理体积中焦点的位置，而不管当前是否聚焦的辐射正在起作用。沿扫描线设置聚焦辐射的实际聚焦有效区域。

如果在扫描时聚焦锥在扫描线上被引导通过处理体积，使得聚焦锥决不会切割扫描线的已经覆盖的部分，那么这种已经实现的聚焦有效区域总是被布置在用于还要待实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部的条件无论如何都被满足。但是，如果在扫描的同时存在可选假想聚焦锥与已经移动的扫描线部分相交的位置，则也可以满足条件：如果在扫描线的切割区域或切割区域中没有实现聚焦有效区域，或者切割区域包含实现的聚焦有效区域，那么就属于这种情况，但是只要其假想的聚焦锥已经在该区域中，被聚焦的辐射就保持遮蔽，如其像聚焦锥处于已经实现了的聚焦有效区域中一样。

以简单的方式，当构成扫描图案时，满足这种条件，使得首先应用位于离辐射发生装置最远的辐射束路径中的聚焦有效区域：然后在更大的z值的方向上，即朝向辐射源相继实现更远的聚焦有效区域。因此，如果要在小于可以执行快速扫描运动的部分区域的区域中创建扫描模式，则可以以这种方式对扫描模式进行编码和实现。如果要在与第一部分区域的第一扫描图案相距一定间距间距处创建下一扫描图案或复杂的扫描图案的下一部分，则这也是一种解决方案，其中对于要实现的扫描图案的聚焦有效区域的聚焦辐射的聚焦锥包括在第二部分区域中还没有实现第一部分区域的扫描图案的聚焦有效区域，如果第二扫描图案或复杂的扫描图案的第二部分不会直接设置在第一扫描图案的后面，将是这种情况。

但是，如果两个部分区域，特别是在宽的z区域上，要直接相邻地放置，例如因为处理表面要被无缝地连续地延续，那么至少在边界区域中一些已经实现了的聚焦有效区域被布置在还要待实现的聚焦有效区域的聚焦锥中。如果还要避免这些，则必须首先根据聚焦辐射的聚焦锥的聚焦角的大小来省略这些边界区域，并在最后依次满足。

优选地，该装置包括用于改变焦点位置的装置，该装置除了用于在平行于基础位置辐射轴线的方向上进行慢速扫描的慢速z扫描仪以及用于在垂直于基础位置辐射轴线的平面内进行慢速扫描的至少一个慢速侧扫描仪，以用于在处理体积中进行慢速扫描运动之外还包括用于在平行于基本位置辐射轴线的方向上快速扫描的快速z扫描仪以及用于在垂直于基础位置辐射轴线的平面内快速扫描的至少一个快速横向扫描仪，以以用于在处理体积中实现快速扫描运动。

通过一个或多个快速横向扫描仪和快速z扫描仪的根据快速扫描运动的预期方向进行控制的相互作用因此实现了在处理体积的一部分中的任何可改变方向上的快速扫描运动。

然而，对于处理体积中的慢速扫描运动提供了独立于快速z扫描仪的慢速z扫描仪和也独立于各自的快速横向扫描仪的一个或多个慢速横向扫描仪，其交互作用也根据期望的方向进行控制。

在该装置的一个实施例中，快速横向扫描仪由与另一快速横向扫描仪相邻的快速x扫描仪形成。该另外的快速横向扫描仪是由快速的y扫描仪形成的。快速的x扫描仪和快速的y扫描仪也可以出现在普通的x-y扫描单元中。实际上包含快速x扫描仪和快速y扫描仪的这种x-y扫描单元可以例如通过万向扫描仪来实现。

在一个替代实施例中，快速横向扫描仪由快速R扫描仪形成，其扫描运动可以通过围绕平行于基本位置辐射轴线的旋转轴线旋转角度Φ而在垂直于基本位置射束轴线的x-y平面中对齐。旋转本身可以很慢地实现。

慢速横向扫描仪原则上也是可能的。

因此，慢速以及快速横向扫描可以由x扫描仪和y扫描仪的运动组成，其中x扫描仪和y扫描仪的运动是协调的，即在此在x-y平面中产生扫描运动的期望方向。可选地，横向扫描可以通过R扫描仪在x-y平面中在扫描运动的期望方向上进行，其中，扫描运动的方向由此控制，即R扫描仪通过围绕平行于基础位置辐射轴线的旋转轴线的旋转来对齐。

在特定实施例中，该装置包括快速z扫描仪，其包括沿z方向振荡的透镜元件。该振荡透镜元件优选为负透镜，即与实心正透镜(即，凸透镜)一起作为扩束望远镜起作用的凹透镜。原则上，也可以选择正透镜，即凸透镜作为振荡透镜元件。然而，要注意中间焦点的位置。

在该实施例中，该装置还包括快速二维横向扫描仪，其包括能够围绕两个轴线移动的x-y镜元件或两个分别围绕一个轴线移动的反射镜元件，其轴线优选彼此垂直，并由此实现了在侧面平面中的任意移动方向。通过这种快速横向扫描仪使得能够在横向平面即x-y平面快速运动，特别是在x-y平面内的快速振荡运动。

在该实施例中，该组件还包括慢速z扫描仪和慢速横向扫描仪，慢速z扫描仪包括z方向可随意移动的透镜元件，还优选地具有与实心正透镜作为扩束望远镜起作用的负透镜，其中，慢速横向扫描仪包括能够自由在横向平面中推移的聚焦光学系统。用于聚焦的光学系统因此是横向可移位的，其中定向辐射通过与可移动的聚焦光学系统固定的、镜偏转到该聚焦光学系统上。

在该装置的一个实施例中，快速扫描运动的方向的同步变化发生在至少两个空间方向上。这通过至少两个快速扫描仪的方向的同步改变来执行。至少两个快速扫描仪的方向的同步改变以彼此所定义的时间关系发生。特别是可以同时完成。然而，可选地，至少两个快速扫描仪的方向的同步改变的限定的时间偏移是可能的。

因此，快速扫描仪离开了彼此同步的预定的位置-时间曲线。这对于与慢速扫描仪的移动同步来说并不是必需的。

至少两个空间方向上的快速扫描运动的方向的同步变化可以周期性地实现，并且通过至少两个快速扫描仪的方向的同步周期性变化来执行。在相应的空间方向上的快速扫描仪因此在定义的时间段内彼此协调地改变它们的方向。

特别地，这可以通过至少两个快速扫描仪的同步振荡运动以简单的方式进行。

两个快速横向扫描仪(即快速x扫描仪和快速y扫描仪)的同步振荡运动允许处理垂直于基本位置辐射轴线的表面。如果这超过了可由快速扫描仪同时实现的处理体积的可达到的部分区域，则需要在x和/或y方向上叠加慢速扫描运动以处理这样的表面。如果两个彼此同步的快速横向扫描仪的振荡运动与也包含z-分量的慢速扫描运动叠加，则如图2所示的处理表面是可能的。

这些快速扫描仪之一可以有利地是共振扫描仪，其他快速扫描仪则必须与其共振频率同步。这意味着至少两个快速扫描仪中的一个是具有自由振荡的谐振扫描仪，并且至少两个快速扫描仪的所有其他扫描仪与谐振扫描仪同步。该同步有利地是锁相的。

通过使用谐振扫描仪，与纯粹使用非谐振扫描仪相比，可以显着提高扫描频率并因此提高扫描速度，这里可以是5至10倍。

特别优选的这样的实施例，在该实施例中，通过快速z扫描仪和至少一个快速横向扫描仪，即快速x和/或y扫描仪或R扫描仪的同步振荡运动来执行快速扫描运动。

例如，在本发明的装置中总共使用六个扫描仪。对于每个空间方向x，y和z，都有一个执行振荡运动的快速扫描仪。这允许以几百赫兹扫描大约1mm×1mm×1mm的处理体积的三维部分区域。此外，每个空间方向x，y和z都有一个慢速扫描仪，这允许达到整个所需的处理体积。

为了有利地处理在处理体积中的表面，在根据本发明的装置中，其可以在处理体积中的各个任意方向上执行快速扫描运动而不依赖于慢速扫描运动，并且为了实现至少两个快速扫描仪的同步振荡运动的，以及尤其是为了实现快速z扫描仪和至少一个通常是两个x扫描仪和y扫描仪形式的快速横向扫描仪的同步振荡运动的快速扫描运动，用于实现沿着扫描线的扫描图案的运动通过慢速扫描运动和彼此同步振荡的扫描仪的和快速扫描运动组成。

在此，慢速扫描运动能够以恒定速度或根据位置和/或时间变化的速度来执行。它在x方向和/或y方向上具有横向分量。

其目的是以这样的方式创建扫描图案，使得已经实现的聚焦有效区域总是布置在还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部。因此，重要的是执行振荡的，即“摆动”的扫描运动，使得如果其以慢的“进给方向”向前摆动，则获得最小的z值。因此，要实现的聚焦有效区域总是置于已经实现的聚焦有效区域之上。

快速z扫描仪的振荡运动因此与快速横向扫描仪或快速x和/或快速y扫描仪形式的两个快速横向扫描仪的振荡运动同步，使得在x和/或y方向中的慢速扫描运动的正横向分量的情况下，快速横向扫描仪，特别是快速x扫描仪和/或快速y扫描仪的振荡运动与快速z扫描仪的振荡运动反相，并且在x和/或y方向上的慢速扫描运动的负横向分量的情况下，快速横向扫描仪，特别是快速x扫描仪和/或快速y扫描仪的振荡运动与快速z扫描仪的振荡运动同相。

快速z扫描仪在最小z值和最大z值之间的振荡运动因此与快速横向扫描仪或两个快速横向扫描仪的快速x和/或快速y扫描仪形式的振荡运动同步，其在最小x值和最大x值和/或最小y值和最大y值之间振荡。振荡运动的幅度可以暂时或局部地改变。因此，处理体积的部分区域中的振荡运动的最大和最小x，y和z值不被视为常数。

至少两个振荡运动以这样的方式彼此同步，即

-在快速z扫描仪的最小z值时出现快速横向扫描仪在x方向上(即快速x扫描仪)的最大x值和/或快速横向扫描仪在y方向上(即快速y扫描仪)的最大y值，以及在对于在正x和/y方向中的慢速扫描运动来说在快速z扫描仪的最大z值时出现快速横向扫描仪在x方向中的最小x值和/或快速横向扫描仪在y方向中的最小y值，以及

-在快速z扫描仪的最小z值时出现快速横向扫描仪在x方向上的最小x值和/或快速横向扫描仪在y方向上(即快速y扫描仪)的最小y值，以及在对于在负x和/y方向中的慢速扫描运动来说在快速z扫描仪的最大z值时出现快速横向扫描仪在x方向中的最大x值和/或快速横向扫描仪在y方向中的最大y值。

因此，只要存在慢速扫描运动的横向分量在同一方向上，在该方向中存在用于快速扫描运动的快速横向扫描仪的振荡运动，并且还存在快速z扫描仪的振荡运动，则在同步时快速扫描仪必须考虑所述的条件：这使得有可能实现扫描图案，使得在倾斜的扫描线上出现聚焦有效区域，并且已经实现的聚焦有效区域对于还需实现的聚焦有效区域来说总是布置在聚焦锥的外部，该焦点锥由聚焦辐射的焦点和聚焦角形成。

慢速扫描运动也可以在z方向具有一个分量。然而，关于在z方向上的慢速扫描运动，具有周期性方向变化的两个快速运动的同步，特别是快速z扫描仪的振荡运动与至少一个快速横向扫描仪的振荡运动的同步的相位并不重要。相反，在z方向上的慢速扫描运动总是必须在正方向上，即平行于基本位置辐射轴线并且与辐射的辐射方向相反。

进一步有利的是包括控制装置的设备，扫描图案被编码被编码到所述控制装置中，其包括相互相邻的画线。画线包括扫描线的基本上笔直的部分，并且通过在扫描线的该部分上聚焦的辐射的聚焦有效区域的并置来实现。

画线不一定要描述一条直线：与直线的几度到几十度的弯曲或偏差是可能的。相反，包括画线的扫描线的部分在组件的处理体积中沿一个方向对准，使得其不包括在x，y和/或z方向上的快速扫描运动的反转点。如果扫描线通过快速扫描运动的反转点，则发生下一个画线。

彼此相邻的画线具有基本相等的间距。间距不必保持完全相同的事实意味着相邻画线之间的间距可以变化百分之几或者甚至百分之几十，由此不应该超过最大间距，使得预期的效果不会受到聚焦辐射的影响。单独通过与相邻画线相比的形成的曲率或方向改变，两个相邻画线之间在其整个长度上的精确相等的间距通常是不可能的。

画线分别具有倾角，其中画线的倾角是画线与辐射轴线之间的角度。两个相邻画线的倾角不必相同，倾角也可以沿着画线改变。对于曲线画线，临界倾角是画线曲率线的切线与光轴之间的最小角度。

然而，在根据本发明的设备的该实施例中，扫描图案必须以这样的方式被编码到控制装置中，即，画线相对于辐射轴线的相应的倾角大于或等于聚焦辐射的聚焦角。

画线与光轴的倾角必须大于聚焦辐射的聚焦角的条件适用于每个画线和画线的每个点-后一个条件对于曲线画线是重要的。如上所示，最小角度考虑满足该条件。

无论它们的倾斜角度如何，对于在辐射轴线的方向上和相反于辐射的辐射方向上重叠的画线或者交叉的形成来说总是实现在相邻先前画线以上的跟随画线，从而满足已经实现的聚焦有效区域总是布置在用于还要待实现的聚焦有效区域的聚焦锥之外的条件。

如果通过叠加慢速扫描运动和快速扫描运动来产生画线，由此通过快速z扫描仪和至少一个快速横向扫描仪的同步振荡运动来实现快速扫描运动，所提及的条件要相关于用于同步的最小值和最大值进行考虑；必要的倾角可以通过慢速和快速扫描运动的相应比率产生。

在这种情况下，在根据本发明的装置的变型中，控制装置被编码为使得画线的形成总是通过仅沿着扫描线向上移动或仅在沿着扫描线向下移动时将焦点辐射并置来实现。向上移动在此是具有与辐射方向相反的z分量的运动，而向下运动是具有沿辐射方向的z分量的运动。

当通过快速z-扫描仪和至少一个快速横向扫描仪的同步振荡运动产生画线时，仅在振荡运动的半个周期内设置聚焦有效区域。如果叠加在快速扫描运动上的慢速扫描运动是恒定的，则导致规则排列的运动。如果慢速扫描运动的横向分量与至少一个横向扫描仪的振荡运动的方向相同，那么这些画线总是具有彼此相同的间距。

当使用向下运动时，如果形成相对于辐射轴线的倾角大于聚焦辐射的聚焦角，则有利的是，已经实现的聚焦有效区域不被布置在仍然要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的圆锥形表面上。

在根据本发明的装置的另一个变型中，控制装置被编码，使得画线的形成通过将聚焦辐射的聚焦有效区域的彼此串接交替地沿着扫描线向上运动和向下运动而实现。这产生具有基本上两个不同倾角的画线，但是在这里在整个振荡运动期间可以有利地实现聚焦有效区域。

在根据本发明的装置的一个实施例中，用于产生辐射的装置包括具有激光脉冲重复率的脉冲激光器。然后通过激光脉冲重复率和由慢扫描运动和快扫描运动的扫描速度组成的总扫描速度来确定与之前的聚焦有效区域相对的聚焦有效区域的间距。

在此，扫描速度不一定是恒定的。

特别是对于振荡运动，振动过零点的速度最高，在转折点处速度最低，即在振荡运动的最小值和最大值处。

当控制装置被设置为当其聚焦有效区域不超过到前一个聚焦有效区域的最小间距时遮蔽激光脉冲时是特别有利的。因此可以避免在待处理的透明材料中的损坏，该损坏可能是由于在处理体积中的相同位置或者紧密隔开的位置处实现了若干个聚焦有效区域而造成的。

因此，在根据本发明的装置的这个实施例中，组合了几个有利的特征，这些特征相互有利地相互影响，从而精确地和高质量地用聚焦的辐射对处理表面进行处理，而不会造成损坏。

通过将具有相对于光轴的倾角的形成的并置而不会产生阴影效果，其中，该倾角一方面大于聚焦角，也就是说该倾角如此大，即来自聚焦辐射的扫描图案的已经实现的部分的现有的聚焦有效区域仅穿透到聚焦辐射的焦点后面的区域中。另一方面，如果画线的倾角小于90°，则可以产生没有边界区域的表面形状，或者对于封闭的表面的特殊情况，最多具有至已经实现了聚焦有效区域的边界区域。通过取决于通过快速和慢速扫描速度组成的总扫描运动的速度对激光脉冲的遮蔽避免了在要处理的透明材料特别是眼部组织中的损伤。另外，用这种扫描图案处理表面导致处理表面的有效填充。在由脉冲激光器，尤其是飞秒激光器的聚焦有效区域产生的切割表面的情况下，这产生了清洁的切割表面，其使得破损的风险最小化。

因此，根据本发明的装置允许有效的，省时的聚焦有效区域，特别是激光聚焦有效区域在扫描图案中的布置，该扫描图案考虑到用于改变尤其是包含在其中的扫描系统的焦点位置的装置的特性，该扫描图案具有仅仅一个能够快速触及的三维处理体积的部分区域，该部分区域但是可以慢速地穿过整个处理体积移动。后者允许使用低成本和快速聚焦深度调节的有限宽度的低场聚焦光学系统。

如果由于待处理的表面的仅仅很小的延展的原因一个小的、成本低廉的光学元件是足够的，而不需要对其移动，或者加工的速度即使在延展的待处理的表面的情况下也不重要，那么上述目的也通过利用聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的装置，特别是通过包括用于产生辐射的装置和用于将辐射聚焦在处理体积中的焦点上的眼科疗法装置实现，其中，所述被聚焦的辐射的焦点具有聚焦角，并且聚焦辐射具有根据上面给出的定义的辐射轴线。

用于产生聚焦辐射的装置又可以包括激光器，优选脉冲激光器，并且特别是短脉冲激光器，例如具有上述特性的皮秒或飞秒激光器。

该装置进一步包括用于借助于在处理体积中的任何可变方向上的扫描运动来改变如此聚焦的辐射的焦点的位置的装置，其中处理体积以及扫描运动和由此产生的扫描图案能够由三个空间方向x，y和z描述。在此，x方向和y方向彼此不平行并且各自垂直于基本位置辐射轴线并且z方向平行于基本位置辐射轴线，该基本位置辐射轴线这里表示为聚焦辐射的辐射轴线，而不通过用于改变处理体积中在两个横向方向x和y上改变焦点位置的装置来偏转焦点。焦点位置的变化优选连续地实现，但不一定以恒定速度实现。为此目的，用于改变焦点位置的装置可以包含三个独立的扫描仪，例如x扫描仪，y扫描仪和z扫描仪。就可实现的处理体积和速度而言，所述扫描仪也可以由上述值来表征。此外，慢速x扫描仪可以与x-y扫描单元中的慢速y扫描仪结合使用。

该装置的特征在于控制装置，该控制装置被设置为控制该装置，特别是控制用于产生辐射的装置，用于改变聚焦辐射和/或光学系统的焦点位置的装置。它通过相应的通信路径与用于产生辐射的装置，用于改变聚焦的辐射和/或光学系统的焦点位置的装置连接。控制装置又可以设计为整体的或多部件的。

根据本发明，扫描图案继而被编码在控制装置中，其可以通过沿扫描线的扫描运动来实现，扫描运动在x和/或y方向上具有至少一个横向基本分量。扫描运动还可以在z方向上具有基本分量。

然而，扫描运动的特征并不在于在任何方向上的均匀运动：相反，在x方向和/或y方向上的横向基本分量以及可能还有在z方向上的基本分量由在z方向上的和至少一个横向空间方向x和/或y中的同步方向改变运动的分量叠加。

因此同步方向改变运动是在相应的方向上的总体运动的运动分量，其由相应的基本分量和在该方向上的相应的方向改变运动构成。

在此，在z方向上以及在横向空间方向x和/或y中的至少一个方向上的同步方向改变运动以彼此限定的时间关系实现。特别是方向改变可以同时发生。但是，可选地，同步方向改变的定义的时间偏移是可能的。

在z方向上以及在横向空间方向x和/或y中的至少一个上的同步方向改变运动可以周期性地实现。

在x方向和/或y方向上的横向基本分量通过在z方向上以及在x方向和/或y方向上的同步方向改变运动叠加，所述同步方向彼此同步，使得在x方向上的扫描运动的正横向基本分量的情况下在x和/或y方向中的方向改变运动与在x方向和/或y方向上的同步改变运动相反，并且在x和/或y方向上的扫描运动的负横向基本分量的情况下在x和/或y方向中的方向改变与z方向上的周期性方向改变运动相同。

因此，在x方向和/或y方向上的经笔直的横向基本分量以及可能还有在z方向上的经笔直的基本分量因此通过在z方向上的最小z反转点和最大z反转点之间的方向改变运动叠加，其与在最小x-反转点与最大x-反转点之间和/或在最小y反转点与最大y-反转点之间的至少一个横向空间方向x和/或y上的方向改变运动同步。相应的x，y或z反转点的值通常不是常数，但是在处理体积的可能性内可以任意改变。

在此，至少两个方向改变运动彼此同步，使得对于在正向x和y方向中的横向基本分量来说最大x反转点和/或最大y反转点出现在最小z反转点和最小x反转点处和/或最小y-反转点处，以及对于在负向的x和/或y方向中的横向基本分量来说最小x反转点和/或最小y反转点出现在最小z反转点处以及最大x反转点和/或最大y反转点出现在最大z反转点处。

然而，由此产生的扫描运动不是由不同的扫描系统或不同的扫描仪产生的多个扫描运动的相互作用的结果，而是通过扫描系统实现的，例如使用扫描仪在每个空间方向x，y和z上实现，其是用于改变处理体积中焦点位置的装置的一部分。

因此，如果在出现方向改变运动的相同方向上存在被笔直的横向基本分量，并且如果还存在z方向上的方向改变运动，则在同步方向改变运动时必须考虑以下条件：这使得可以以这种方式实现扫描图案，即在倾斜的扫描线上产生聚焦有效区域，在其产生时尽可能少地受到处理表面的已处理区域的结构造成的遮蔽效果的影响。

这种在每个时刻非常局部受限工作在例如眼科手术中是有利的，以便在手术过程中使可能的眼球运动的影响最小化。与现有技术相比，根据本发明的装置以及相应的方法不会长时间地处理整个处理体积，并且一次又一次地仅完成切割平面的一小部分，否则在眼睛移动时会导致在切割平面内部的错位，其然后完全不能执行。然而，利用根据本发明的装置和相应的方法能够立即完成局部切割。

通过适当选择在x和/或y方向上经笔直的横向基本分量以及在相应的横向空间方向x和/或y上的方向改变运动的速度和“振幅”以及通过在控制装置中编码进行的转换，扫描图案被编码在优选的根据本发明的装置中，该扫描图案具有沿着扫描线的聚焦辐射的一系列聚焦有效区域，使得已经实现的聚焦有效区域总是位于由聚焦辐射的焦点和聚焦角形成的、用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部，因为由此能够确定扫描线相对于辐射轴线的倾斜度。

非常有利的是这样一种控制装置，其中扫描图形被编码，其具有相对于辐射轴线倾斜的角度的相互相邻的画线，其中画线包括扫描线的被笔直部分，并且通过聚焦辐射的聚焦有效区域的并置来实现，并且其中，形成大于或等于聚焦辐射的聚焦角。利用这样的扫描图案，实现聚焦有效区域的排列布置，使得已经实现的聚焦有效区域总是布置在由聚焦的辐射的焦点和聚焦角形成的、用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部。

因此，对于相对于辐射轴线具有倾斜角度的画线的布置来说，在相邻的先前的画线之上分别实现随后的画线，“上方”意味着在与辐射方向相反的方向上的布置。

控制装置可以被编码，使得画线的形成通过所述聚焦辐射的聚焦有效区域沿着所述扫描线始终在向上运动中或始终在向下运动中或者交替地在向上运动和向下运动中彼此串接来实现。

根据本发明的用于产生辐射的装置还可以包括具有激光脉冲重复率的脉冲激光，并且可以通过激光脉冲重复率和扫描速度来确定聚焦有效区域与前一聚焦有效区域的间距。

那么如果控制装置设置成如果激光脉冲的聚焦有效区域不超过到前一聚焦有效区域的最小间距则遮蔽激光脉冲是有利的。

以最高质量处理表面还需要减少或者理想地完全避免对待处理的透明材料的损坏。用于通过聚焦辐射，特别是眼科治疗设备来处理透明材料的处理体积中的表面的装置包括用于产生包括具有激光脉冲重复率的脉冲激光辐射的装置以及用于将辐射聚焦在处理体积中的焦点中的光学系统，用于改变聚焦辐射的焦点在处理体积中的位置的装置，以及控制装置，其被设置用于控制该装置。

此外，用于产生辐射的装置可以包括脉冲激光器，特别是短脉冲激光器，例如具有上述特性的皮秒或飞秒激光器。用于改变焦点位置的装置可以包含具有x扫描仪，y扫描仪和z扫描仪的扫描系统。这些可以通过上述值以可实现的处理量和速度来表征。

在这样的装置中，通过激光脉冲重复率以及能局部地和时间上变化的扫描速度来确定聚焦有效区域与先前的聚焦有效区域的间距。在此，根据本发明的用于避免对待处理的透明材料的损坏的装置的控制装置适于在激光脉冲的聚焦有效区域的最小间距不超过先前的聚焦有效区域时遮挡激光脉冲。

这尤其在振荡扫描运动中出现这种情况，其中存在相应方向上的相应扫描运动的速度接近零的反转点。因此，例如在z方向上的振荡的情况下，抑制在上和下反转点周围的区域中的激光脉冲是有用的，并且因此避免在相同位置处的紧密邻近的聚焦有效区域或者甚至多个焦点有效范围。

一种用于借助于以设备通过聚焦辐射处理透明材料特别是眼睛的处理体积中的表面的方法，所述设备包括用于产生辐射的装置和用于将辐射聚焦在处理体积中的焦点上的光学系统，所述处理体积能够以三个空间方向x y和z描述，该方法的特征在于，如此聚焦的辐射的焦点能够通过在透明材料的处理体积中的慢速扫描运动以及在任意的、通过三个空间方向之一确定的方向中在处理体积的一部分中独立于慢速扫描运动的快速扫描运动来改变。然而，快速扫描运动的部分区域通过慢速扫描运动在整个处理体积中移动。z方向在此平行于基本位置辐射轴线。

因此，在处理体积中，慢速和快速扫描运动都可以在任何方向上进行。快速扫描运动以最大速度实现，该最大速度是慢速扫描运动的最大速度的倍数。

在此，焦点具有表征焦点的张角的聚焦角，并且描述在聚焦锥的圆锥表面上延伸的直线与聚焦辐射的聚焦轴线之间的角度。

在根据本发明的方法中，透明材料中的扫描图案优选地通过沿着扫描线产生聚焦辐射的一系列聚焦有效区域来实现，使得已经实现的聚焦有效区域总是布置在由于聚焦辐射的焦点和聚焦角形成的、用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部。

如果在根据本发明的用于在透明材料的处理体积中处理表面的方法中，快速扫描运动的同步返岗变化发生在至少两个空间方向上，这是有利的：这允许处理体积的部分区域被快速且有效地处理，而该部分区域通过慢速扫描运动可以在整个处理体积中移动。

在此，方向的同步变化发生在彼此之间的定义的时间关系中。特别是可以同时完成。然而可选地，快速扫描运动在至少两个空间方向上的同步方向变化在定义的时间上的偏移是可能的。

快速扫描运动在至少两个空间方向上的同步方向变化也可以周期性地实现。

这种快速扫描运动优选地通过在至少两个空间方向上的同步振荡运动来实现。当在每个空间方向x，y和z上使用快速振荡扫描仪时，快速z扫描仪的振荡运动与快速x扫描仪和/或快速y扫描仪的振荡运动是同步的。

如果一个快速的z扫描仪与一个能围绕光轴旋转的快速R扫描仪一起使用，则快速的z扫描仪将与快速的R扫描仪同步。

其中一个快速扫描仪可以是一个共振扫描仪，其他快速扫描仪必须与其共振频率同步。

尤其是，当快速扫描运动通过在z方向上并且在两个横向空间方向x和y中的至少一个方向上的同步振荡运动实现时，根据本发明的方法是有利的。

特别有利的是根据本发明的方法，其中慢速扫描运动以在x方向和/或y方向上的横向分量实现，以及z方向上以及x方向和/或y方向上的快速振荡运动彼此同步，使得在x和/或y方向上的慢速扫描运动的正向横向分量的情况中，x方向和/或y方向上的快速振荡运动与z方向上的振荡运动反相，并且在在x和/或y方向上的慢速扫描运动的负向横向分量的情况中，在x方向和/或y方向上的快速振荡运动与在z方向上的振荡运动同相。

在此，在根据本发明的这种方法中，在最小z值和最大z值之间的快速振荡运动与在最小x值和最大x值和/或最小y值和最大y值之间的快速振荡运动同步，使得

对于在正向x和/或y方向中的慢速扫描运动的横向分量来说在最小z值处达到最大x值和/或最大y值并且在最大z值处达到最小x值和/或最小y值，以及

对于在负向x和/或y方向中的慢速扫描运动的横向分量来说在最小z值处达到最小x值和/或最小y值并且在最大z值处达到最大x值和/或最大y值。

振荡运动的幅度可以暂时或局部地改变。

在根据本发明的方法的一个有利的实施例中产生扫描图案，该扫描图案具有相对于辐射轴线具有倾角的相互相邻的画线，其中画线包括扫描线的被笔直的部分，并且通过将聚焦辐射的聚焦有效区域的并置实现，其中画线相对于辐射轴线的倾角大于或等于聚焦辐射的聚焦角。

画线相对于辐射轴线的倾角可以变化，但绝不能小于聚焦辐射的聚焦角。

后面的条件必须始终适用，也就是说，对于在画线的每个位置处的每个画线来说，为了保证已经实现的相邻画线的已实现的聚焦有效区域没有被布置在仍然要实现的聚焦有效区域的聚焦锥中。通过遵守这种条件，要实现的画线将总是在相邻的已经实现的画线之上来实施，也就是与之前的画线正向z方向相比。

通过将聚焦辐射的聚焦有效区域总是沿着扫描线向上移动或者总是沿着扫描线向下移动，可以在根据本发明的方法的替代方案中形成画线。在另一个替代方案中，画线可以沿扫描线向上移动和向下移动交替地并置。

扫描运动不一定以恒定的速度进行。特别地，对于振荡运动来说，扫描运动的速度对于正当的过零点是最高的，而在反转点是最低的，即振荡运动的最大值或最小值。而且慢扫描运动也可以作为速度可调的运动来执行。

在根据本发明的方法的有利实施例中，用于产生辐射的装置产生具有激光脉冲重复率的脉冲激光辐射。聚焦有效区域与先前聚焦有效区域的间距由激光脉冲重复率以及由慢速和快速扫描运动的扫描速度组成的总扫描速度确定。

如果现在聚焦有效区域低于至先前的聚焦辐射区域的固定最小间距，那么激光脉冲被遮挡并且不实现该聚焦辐射区域。该最小间距确定为，通过在待处理材料的焦点处的两个或更多个连续激光脉冲的效果避免在紧邻先前的能量输入处的重复能量输入，或者甚至在相同的地方，并且由此导致材料的不希望的改变。因此防止了材料的损坏。

在工艺技术上，为了在待处理的表面的较小的延展或者没有对处理的速度的要求的上述目的还通过一种用于通过一种装置借助于聚焦辐射处理在尤其是眼睛的透明材料的处理体积中的表面的方法实现，该装置具有用于产生辐射和用于聚焦辐射在处理体积的焦点中的光学系统，该处理体积能以三个空间方向x，y和z描述，其中，如此聚焦的辐射的焦点的位置能够通过在透明材料中的处理体积在任意的、由三个空间方向x，y和z确定的方向上的扫描运动改变，并且其中沿着扫描线的透明材料中的扫描图案在扫描运动期间通过聚焦辐射的作用而产生。z方向平行于基本位置辐射轴线。

根据本发明在此实现扫描运动，该扫描运动在x方向和/或y方向上具有至少一个横向基本分量。扫描运动还可以在z方向上具有基本分量。为了确定该扫描运动，在x和/或y方向上的横向基本分量和可选地还有在z方向上的基本分量由在z方向和在至少一个横向空间方向x和/或y方向中的同步方向改变运动的分量叠加，其中该方向改变运动如此彼此同步，即在扫描运动在x和/或y方向中的正向横向基本分量的情况中，在x和/y方向中的方向改变运动实现为与在z方向上的方向改变运动相反，并且在扫描运动在x和/或y方向上负向横向基本分量的情况中，在x和/或y方向上的方向改变运动实现为与在z方向上的方向改变运动相同。

同步的方向改变运动在此在z方向上和在横向空间方向x和/或y中的至少一个上在彼此限定的时间关系中实现。特别是方向改变可以同时实现。但是，可选地，同步方向改变的定义的时间偏移是可能的。

在z方向上以及在横向空间方向x和/或y中的至少一个上的同步方向改变运动也可以周期性地实现。

在x方向和/或y方向上的经笔直的横向基本分量以及可选地在z方向上的经笔直的基本分量因此通过z方向上的在最小z反转点和最大z反转点之间的方向改变运动叠加，其与在至少一个横向空间方向x和/或y上的在最小x反转点与最大x反转点之间和/或在最小y反转点与最大y反转点之间的方向改变运动同步。

在至少两个空间方向上发生的这些方向变化彼此同步，使得对于在正向x和y方向中的横向基本分量来说最大x反转点和/或最大y反转点出现在最小z反转点和最小x反转点处和/或最小y反转点处在最大z-反转点处，以及对于在负向的x和/或y方向中的横向基本分量来说最小x反转点和/或最小y反转点出现在最小z反转点处以及最大x反转点和/或最大y反转点出现在最大z反转点处。

扫描运动通过扫描系统实现，例如使用扫描仪在每个空间方向x，y和z上实现。

在根据本发明的方法的有利实施例中，透明材料中的扫描图案由沿着扫描线的聚焦辐射的一系列聚焦有效区域产生。该扫描线以这样的方式被引导，即已经实现的聚焦有效区域总是被布置在用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的外部。聚焦锥由聚焦辐射的焦点和聚焦角确定，聚焦角描述了在聚焦锥的圆锥表面上延伸的直线与辐射轴线之间的角度。

在根据本发明的方法的一个有利实施例中再次产生扫描图案，该扫描图案具有相对于辐射轴线具有倾斜角度的相互邻近的画线，其中画线包括扫描线的被笔直的部分，并且通过与聚焦的辐射并置地实现，并且其中画线至辐射轴线的倾角大于或等于聚焦辐射的聚焦角。

在此，可以通过将聚焦的辐射的聚焦有效区域总是向上移动或总是沿着扫描线向下移动来形成画线。对此可替换的是，可以通过将沿着扫描线的向上运动和向下运动交替地并置聚焦辐射的聚焦有效区域来形成画线。

根据本发明的用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的另一方法通过一种包含用于产生辐射的装置的设备实现，其中产生具有激光脉冲重复率的脉冲激光辐射，并且包含一种用于将辐射聚焦到处理体积中的焦点中的光学系统，其中由此聚焦的辐射的焦点的位置通过在透明材料的处理空间中的扫描运动而改变。聚焦有效区域与前一个聚焦有效区域的间距在该方法中由激光脉冲重复率和扫描速度确定，并且当激光脉冲的聚焦有效区域不超过到前一聚焦有效区域的最小间距时，所述激光脉冲被遮蔽。

上述目的通过控制程序产品、也就是计算机程序产品实现，即可以用来对装置进行控制。

根据本发明的控制程序产品被配置用于对根据权利要求1至17所述的用于通过聚焦的辐射对透明材料中处理体积中的表面进行处理的装置的控制装置进行编码，用于执行根据权利要求18至24所述的用于通过聚焦的辐射对透明材料中处理体积中的表面进行处理的方法。

特别地，在一个实施例变体中，这样的控制程序产品以这样的方式预设扫描图案的编码，即，通过在处理体积的部分区域中的快速扫描运动和在由三个空间方向确定的任何方向上的观察容积中的慢速扫描运动来构成扫描图案，其中快速扫描运动的部分区域通过慢速扫描运动能在整个处理体积中移动。

为了实现快速扫描运动，可以对本发明的控制程序产品的优选实施例中的扫描图案进行编码，使得快速扫描运动的同步方向改变运动在至少两个空间方向上实现，特别是通过至少两个快速扫描仪的同步振荡运动产生快速扫描运动，快速z扫描仪和至少一个快速横向扫描仪的振荡运动是有利的。

有利的是一种控制程序产品，用于通过快速z扫描仪在最小z值和最大z值之间的同步振荡运动和快速x和/或快速y扫描仪的形式的、在最小x值和最大x值和/或在最小y值和最大y值之间振荡的一个或者两个快速横向扫描仪的同步振荡运动来对快速扫描运动进行编码。至少两个振荡运动在此这样地彼此同步，即对于在正向x和/或y方向中的慢速扫描运动的横向分量来说在快速z扫描仪的最小z值处达到快速x扫描仪的最大x值和/或快速y扫描仪的最大y值并且在快速z扫描仪的最大z值处达到快速x扫描仪的最小x值和/或快速y扫描仪的最小y值，并且对于在负向x和/或y方向中的慢速扫描运动的横向分量来说在快速z扫描仪的最小z值处达到快速x扫描仪的最小x值和/或快速y扫描仪的最小y值并且在快速x扫描仪的最大z值处达到快速x扫描仪的最大x值和/或快速y扫描仪的最大y值。

为了实现扫描运动，扫描图案可以在根据本发明的控制程序产品的通用优选实施方案中进行编码，使得具有在x方向和/或在y方向上的横向基本分量的，可能还具有在z方向上的附加的、确定基本运动(该基本运动例如预设了笔直的运动)的基本分量的扫描运动被叠加有在z方向和x方向和/或y方向的同步方向改变运动，其彼此如此同步，即在x和/或y方向上的扫描运动的正横向基本分量的情况中在x和/y方向中的方向改变运动实现为与在z方向上的方向改变运动相反，并且在扫描运动在x和/或y方向上负向横向基本分量的情况中，在x和/或y方向上的方向改变运动实现为与在z方向上的方向改变运动相同。

在根据本发明的控制程序产品中，扫描图案优选地被编码，使得其具有沿着扫描线的聚焦辐射的一系列聚焦有效区域，使得已经实现的聚焦有效区域总是布置在由聚焦的辐射的焦点和聚焦角形成的、用于还要实现的聚焦有效区域的聚焦锥之外。

根据本发明的一个特别优选的控制程序产品包括：对具有相对于聚焦辐射的辐射轴线的倾角的相互相邻的画线的扫描图案进行编码，其中画线包括扫描线的被笔直的部分，并且通过聚焦的辐射的聚焦有效区域的并置来实现，并且其中画线相对于辐射轴线的倾角大于或等于聚焦辐射的聚焦角。

扫描图案可以进一步由控制程序产品编码，使得画线的形成总是通过将聚焦辐射的聚焦有效区域在沿着扫描线的向上移动中或者总是沿着扫描线向下移动的并置来实现，或者画线的形成通过聚焦辐射的聚焦有效区域交替地在向上移动和向下移动中的并置实现。

根据本发明的用于一种装置的控制程序产品的实施例包含如下方式的扫描图案的编码，即如果激光脉冲的聚焦有效区域不超过到前一聚焦有效区域的最小间距，则激光脉冲被掩蔽，其中该装置包括用于以具有激光脉冲重复率的脉冲激光辐射形式产生辐射的装置。

附图说明

现在将参考示例性实施例来解释本发明。图中示出：

-图1a和图1b：根据如上所述的现有技术利用光学辐射在透明材料的处理体积中的两个切割面的实现。

-图2：通过如上所述的横向摆动在透明材料的处理体积中的切割面的实现。

-图3：用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的装置的第一示例。

-图4：根据本发明的具有用于对辐射进行聚焦的光学系统和用于改变辐射焦点的位置的装置的眼科治疗设备的总体光学构造的图。

-图5：由快速和慢速z扫描仪构成的z扫描模型。

-图6：在焦点在z方向中运动时的发散变化。

-图7：用于在处理体积中的待处理表面的扫描图案的构造。

-图8a到图8c：用于不同扫描图案的已经实现的聚焦有效区域至要实现的聚焦有效区域的聚焦锥的位置。

-图9：用于处理封闭的圆柱形表面的倾斜扫描线的有利并置。

-图10：快速z扫描器的正弦波与快速横向扫描器的同步正弦波的叠加，其中振荡中心点在正x方向上缓慢变化以产生被笔直的画线。

-图11：快速z扫描器的正弦波与快速横向扫描器的同步正弦波的叠加，其中振荡中心点在正x方向上缓慢变化以双向地产生画线。

-图12：用于产生囊切开切片的第一扫描图案。

-图13：用于产生囊切开切片的第二扫描图案。

-图14：用于产生囊切开切片的第三扫描图案。

-图15a至图15c：用于产生晶状体破碎部分的扫描图案的不同相位；图15d和图15e示出了在交叉截面时的有利的扫描图案。

-图16a至图16c：在不同视图中的用于产生弓形切口的扫描图案。

-图17a至图17c：在不同阶段中用于产生进入切口的第一扫描模式。

-图18a至图18c：在不同阶段中用于产生进入切口的第二扫描模式。

-图19：用于通过聚焦辐射处理透明材料的处理体积中的表面的装置的第二示例。

具体实施方式

图3示出了用于通过聚焦的辐射处理透明材料的处理体积中的表面的眼科疗法装置的第一示例。

该装置包括用于产生辐射的装置100，该辐包括具有在1020-1060nm范围内的波长的飞秒激光器。该飞秒激光器的脉冲宽度为500-600fs，脉冲能量为10μJ，激光脉冲重复频率大约为100kHz。

此外，该装置还包括光学系统2、200，用于将辐射聚焦到焦点4中，其数值孔径为0.2，其像场大小约为1mm。

该装置还包含用于改变聚焦辐射的位置的装置。在由三个空间方向确定的任何方向上，后者可以在透明材料3(这里是眼睛)的处理体积300中执行慢速扫描运动，以及在处理体积300的部分区域600中执行独立于慢速扫描运动的快速扫描运动，其中，快速扫描运动的部分区域600可通过慢速扫描运动穿过整个处理体积300移动。

总共使用六台扫描仪。对于每个方向来说给出相应一个快速扫描仪401、402、403，其中，z方向平行于并且x方向和y方向垂直于基本位置辐射轴线120延伸，每个快速扫描仪允许以数百赫兹扫描三维处理体积300的大约1mm×1mm×1mm的部分区域600。另外，对于每个空间方向，都有一个慢速扫描器411、412、413。其允许为了在眼组织中产生切口的上述的任务而实现约15mm×15mm×15mm的完整必要的处理体积600。

在时间t执行的总扫描运动由在x方向，y方向和z方向上缓慢变化的、用下标s标记的分量以及在x方向，y方向和z方向上快速变化的、用下标f标记的分量构成：

缓慢变化的分量(x_s，y_x，z_s)可以具有任何期望的时间进程，并且只需要保持在最大速度v_max和/或最大加速度a_max以下。

(y(t)和z(t)同上)

快速变化的组件(xf，yf，zf)不受这些限制。但是，表面填充必须重复相似的轨迹，从而产生画线7。一个重复相似轨迹的例子(在这个时候其不应该被限制)将是具有周期T的振荡：

幅度X和中心位置O也可以随时间缓慢变化，类似于扫描运动的慢速分量。只有重复的运动轨迹，即连续的区域弧线是相似的。这些总是在类似的时间贯穿不是绝对必要的，而是一个典型的实现案例。通过与慢速运动的组合，类似的画线7彼此紧密靠近地放置并形成切割面11。

该装置进一步包括单件式中央控制系统500，其经由通信路径501连接到用于产生辐射的装置100，也就是飞秒激光系统，并且与用于改变焦点4的位置400的装置连接并且被设置为对飞秒激光系统以及用于改变焦点4的位置400的装置的所有扫描仪401、402、403、411、412、413进行控制。

在这个例子中，激光脉冲重复率是100kHz。相邻聚焦有效区域应该具有大约10μm的间距。快速扫描仪的扫描速度约为1000mm/s。这导致快速扫描器401、402、403的处理体积300的部分区域600的大小约为1mm×1mm×1mm，然后在1ms内产生100个脉冲。之后，沿适当方向的慢速扫描运动应导致约10μm的进展。慢速扫描仪411、412、413因此具有大约10mm/s的扫描速度。这导致快速与慢速扫描运动的约100：1的比率。

这种装置用于通过飞秒激光的光致分裂产生切片：对于这种装置，例如，可以在横向直径为11mm的角膜中执行横向尺寸为2mm的切口，横向直径为5mm的囊切口或松弛切口。在深度上，也就是在z方向上，可以在简单的切口中产生500μm的切口深度，其中要考虑一定的角度，穿透3-5mm晶状体厚度，或者切入到角膜中的另外的切口或者10至12mm的深度。

图4示出了根据本发明的眼科治疗设备的总体光学结构的示意图，其具有用于聚焦辐射1的聚焦光学系统200和用于改变辐射焦点位置的装置。其例如可以在图1a和图1b的眼科治疗设备的第一个例子中使用。

z-扫描模块1400、401、411由具有恒定发散、恒定偏转和恒定直径的输入辐射1401产生具有调制发散、但仍恒定偏转和在出射光瞳1403中的恒定直径的辐射1402。

快速的x/y扫描仪402、403-所谓的子场扫仪1500-(其可围绕两个相互垂直的轴线枢转，并由此可围绕两个轴线执行围绕零点的摆动运动)另外还在发散调制辐射1402上施加横向偏转，这使未偏转的发散调制辐射1501成为偏转的发散调制辐射1502。

其中辐射直径恒定的光瞳面1403由继电器1600成像到聚焦光学系统200的入射光瞳1601中，使得辐射在那里也具有恒定的直径，但是发散和偏转调制。因此，聚焦辐射最终具有大致恒定的数值孔径NA，该数值孔径NA与焦点4的发散角即z位置和偏转角即焦点4的x-y位置无关。

快速x/y扫描仪的横向子扫描场1800也就是说快速扫描运动的部分区域600的x-y延展也可以通过聚焦光学系统200的可选横向位移来移动。利用聚焦光学系统200的移动对辐射的跟踪由分别沿着到达其上的未偏转光束的轴线的反射镜1701和1702实现。反射镜1701在这里沿着作为y方向的方向1704以及在应当是x方向的方向1703上移动并且反射镜1702在方向1703上，即与y方向1704垂直的x方向延伸的方向移动。反射镜1701和1702的移动被耦合到聚焦光学系统的移动。

图5示出了包括快速z扫描仪401和慢速z扫描仪411的z扫描模块1400的细节。第一辐射扩展望远镜1100被设计为快速z扫描仪401。它包括围绕其零位快速振荡的z方向可移动透镜1101。如此处所示，将这样的快速振荡透镜布置在靠近辐射源100的光路中是有利的，因为这里辐射仍然具有小的直径，并且该可移动透镜1101可以在此处作为最小、最轻的元件来设计。作为扩束望远镜的可移动透镜1101的负(即，凹面)透镜在出射光瞳1201中在恒定的光束直径时引起光束发散的振荡。

中继望远镜1200将快速z扫描仪401的出射光瞳1201成像到另一个辐射扩展望远镜1300的入射光瞳1204中。该另外的辐射扩展望远镜1300被设计为具有可选的z-t曲线和宽扫描范围的慢速z扫描仪411，使得处理体积300(参见图4)的整个高度z可以被扫过。为此目的，透镜1301能够以任何期望的位置-时间曲线移动，但速度和加速度受到限制。

在该z扫描模块1400的出射光瞳1303中然后具有可选的宽调节范围1320的辐射提供具有固定辐射直径的可缓慢调节发散，其发散度也以固定的、由透镜1101的振荡的振幅预设的振幅在较小的角度范围或调节范围1310中围绕利用缓慢但可选择地移动的透镜1301调节的零位振荡。

图6示出了焦点4在z方向上移动的情况下的发散变化。聚焦光学系统200将由快速z扫描仪引起的角度范围1310中的快速发散振荡和由慢速z扫描仪引起的角度区域1320中的慢速发散变化发送到在z区域1710中的焦点4中以及将振荡的零位变化发送z区域1720中。当慢速z扫描仪411的出射光瞳1303被放置在聚焦光学系统200的入射光瞳中时，聚焦辐射的张角(即数值孔径NA)保持恒定。

图7示出了在透明材料的三维处理体积中待处理表面1的扫描图案的基本结构，在这个例子中是多弯曲的截面区域11，其将通过脉冲激光辐射来产生。

这样的扫描图案由单独的画线7组成，每个画线由扫描线5上的一系列激光聚焦有效区域8实现。单独的画线7被一起并置成期望的切割面11，使得其填满切割面11并且使得各个激光聚焦有效区域8不仅仅至其在形同的画线7上的之前的和之后的激光聚焦有效区域8具有大约相同的间距，而且也至相邻的画线7的激光聚焦有效区域8具有相同的间距9，其中，间距的变化例如是2的因数是没有问题的。在此，每个画线7保持在光学系统2、200的当前可接近的部分区域300内，然而其可以缓慢地移动以形成表面11。切割面11然后具有“带状”形状。

由于扫描运动的灵活性，即在处理体积300中的任何方向上移动的可能性，并且特别是在使用一种装置时，该装置不依赖于在处理体积300中的任何方向上的慢速扫描运动，允许在处理体积300的部分区域600中的任何方向上的快速扫描运动，通过各个画线7的有利布置允许以高质量实现任何曲率。

在该示例中，通过快速z扫描仪401和快速横向扫描仪402、403(即快速x扫描仪402和快速y扫描仪403)的同步振荡运动来实现画线7。这些扫描仪401、402、403之一可以是谐振扫描器，其他扫描器必须与其谐振频率同步。

扫描图案是由各个画线7的扫描线5的并列放置产生的。这是借助慢速扫描系统411、412、413的慢速扫描运动其作用的，该扫描系统包含慢速x扫描仪、慢速y扫描仪以及慢速z扫描仪，光学系统2、200本身随之移动。通过慢速扫描运动和快速振荡运动的组合，使处理体积300中的任何期望方向上的振荡运动的中心位置缓慢移动。

图8a至图8c示出了在不同的扫描图案中用于待实现的激光聚焦有效区域8、82的聚焦激光辐射的聚焦锥6至已经实现的激光聚焦有效区域8、81的位置的的不同情况。应该理解的是，聚焦锥6仅意味着由于辐射的“发散”而仅在图像上再次用括号标记的部分，而不是在激光聚焦区域8、81、82之后在辐射方向上出现的另外的锥体。

在图8a中，如现有技术和图1b中已经示出那样，激光聚焦有效区域8沿着垂直扫描线5设置，即扫描图案逐列地构建，聚焦锥6将还要实现的激光聚焦有效区域8、82突入到已经实现的冲程7的已经实现的激光聚焦有效区域8、81中，并因此导致阴影。

已经实现的激光聚焦有效区域8、81因此在引入还要实现的激光聚焦范围8、81期间不应该位于激光聚焦4的聚焦锥6中。在扫描图案的逐行构造中，从图8b所示的下线开始，情况总是如此。然而，如上所述，由于至少在已经产生的部分区域至处理表面11的下一个待产生的部分区域的边缘区域中已经实现的激光聚焦区域8、81而出现了阴影问题。

由扫描线5和画线7的倾斜，使得画线7至辐射轴线12的倾斜角度α比该聚焦角

大，也就是比在聚焦锥6的圆锥表面上延伸的直线和辐射轴线12之前的角度大，以及一系列单个的画线7，即在正z方向上，也就是在相反于聚焦辐射的辐射方向上还要实现的倾斜画线7通过已经实现的倾斜画线7产生，如在图8c中所示，避免用于还要实现的激光聚焦有效区域8、82的已经实现的激光聚焦有效区域8、81的任何遮蔽作用。画线7或扫描线5的要实现画线7的相应倾角α的情况下，激光焦点4在待实现的画线7的扫描线5的任意位置处的放置是可能的，使得扫描线5将激光辐射的聚焦锥6仅在焦点4处穿透。图8c的扫描模式可以如图10中详细示出的那样产生。

图9示出了用于处理封闭的圆柱形表面11的有利的并置倾斜冲程7。画线7以这样的方式并置在一起，使得来自扫描图案的已经实现的部分的已经存在的画线7不穿透激光辐射的聚焦锥6，而是仅穿透激光聚焦4后面区域中的发散锥形。因此，表面11的处理不会被已经存在的画线7所产生的阴影所阻碍。

为了能够关闭表面11而没有任何已经实现的激光聚焦有效区域8、81处于焦点4的焦点锥体6中，对于仍然要实现的激光聚焦有效区域8、82而言，第一画线7应该以与图9的区域22相同的方式编码。通过以彼此相邻的间距10实现的第一画线7的起点的线23应当与在平行于基本位置辐射轴线12的z方向上形成直线构成角度α，其大于聚焦角度

最后，为了关闭表面11，区域22的第一画线7最后被延长第二画线7，从而在z方向上达到期望的总高度。

具有大于聚焦角

的倾斜角度α的倾斜画线7或倾斜扫描线5尽管它们倾斜但仍然具有足够大的z延展，以用激光聚焦有效区域8有效地填充处理表面11。

接下来描述通过同步方向改变运动，特别是通过快速z扫描仪401和至少一个快速横向扫描器402、403的同步振荡运动来产生倾斜扫描线5和倾斜冲程7。

图10首先示出了快速z扫描仪的正弦振荡与快速横向扫描仪的同步正弦振荡在x方向上的叠加，其中振荡中心在正x方向上的缓慢变化以产生被笔直的画线7。

快速z扫描仪401的正弦振荡(其在左上方的z-t图中示出)与具有在x-t图中右侧下方示出的慢速改变的振荡中心点的快速x扫描仪402的同步正弦振荡叠加成如在z-x图中右侧上方示出的倾斜扫描图案。所有点最初代表用于此目的的短脉冲激光器的基于其重复率的潜在的发射位置，也就是说激光聚焦有效区域8。在此，三角形标记实际实现的、即未被阻挡的激光聚焦有效区域8、81。在这种情况中，仅在向上运动14中实现激光聚焦有效区域。正弦运动和向下运动的反转点中的激光脉冲被掩蔽。

z方向和横向空间方向x和/或y的快速扫描仪执行同步正弦振荡而没有相移。精确反相振荡可以通过负振幅来实现。然后，激光焦点4的路径描述整个扫描线5。另外，如果通过慢速扫描系统执行移动或者振荡的振荡中心缓慢改变，则扫描线5在其产生期间移动通过处理体积300，并且在处理体积300中留下一个“卷绕的”正弦曲线：

f_s是扫描仪的正弦振荡的频率。慢速运动可以局部线性近似。振荡A_x、A_y、A_z的瞬时振幅的x，y和z分量，慢扫描运动的瞬时速度v_x、v_y、v_z的x，y和z分量和当前位置，即在空间中的初始位置x₀，y₀和z₀与快速扫描仪的振荡周期相比在时间上如此缓慢地变化，因此可以假设其在一个振荡周期内是恒定的。

如果激光器发射具有固定重复频率的脉冲，则激光聚焦有效区域8以点到点的间距(即，两个激光聚焦有效区域dS、9之间的间距)留在空间中。点到点间距dS、9随着正弦波的瞬时位置而变化，并且在振荡的过零点处最大，并且在反转点处几乎为零。

dS的良好的近似值是：

f_L是激光脉冲重复频率，它是激光基本重复频率的整数部分。这取决于每第一，第二，第三脉冲的消隐比例，等等。

在过零点中

通过掩蔽激光脉冲并因此在反转点中掩蔽激光聚焦有效区域8、83，可以避免点到点间距dS，9的过于强烈变化，并且特别是避免实现彼此太接近的激光聚焦有效区域。例如，当两个激光聚焦有效区域之间的间距(即点到点间距dS)已经下降到过零点处的值的大约一半时，激光脉冲可以被掩蔽，也就是说当：

cos(2πf_St)＝±1/2时。

作为形成7的实际高度的，也就是实现激光聚焦有效区域8的扫描线的部分的“影线宽度”是振荡幅度A的

1.73倍。

如果仅在一个振荡方向上进行切割，即向上14或向下15：1，则两个相邻的“阴影线”dT、10进而还有两个画线7之间的间距在一个振荡上是恒定的。

图11示出了快速z扫描仪的正弦振荡与快速横向扫描仪在x方向上的同步正弦振荡的叠加，其中振荡中心在负x方向上缓慢变化以用于双向产生画线7。

与图10的例子不同的是，在这里，画线7在倾斜的扫描线5上利用既在向上运动14中也在向下运动15中的双向激光切割产生，参见具有向上指向的三角形的用于向上运动的画线7以及具有向下指向的三角形的用于向下运动的画线7，以标记相应的激光聚焦有效区域8。

在双向切片模式中，两个画线dT、10之间的间距也随着扫描线5上的相应位置而变化，但是在过零点处与在图10的单向切片模式中一样大。如果如在幅度的

处的单向情况中切割，两个激光聚焦有效区域dS的间距下降到过零点处的最大值的一半，两个画线7的行距以及因此间距dT、10交替地从过零点处的值的1/3和至5/3变化。到再下一个笔直扫描线5的，继而到下一个画线5的间距2dT如在单向模式的情况中一样保持不变。

如果以这样的方式引入画线7，使得仍然要实现的后续画线位于先前实现的画线7的“上方”，使得已经实现的画线7不遮蔽激光焦点4的聚焦圆锥6，则在x方向上正向慢速移动的情况下必须发生横向振荡，如图10所示，与z-振荡反相，在x方向上具有负的慢速运动的情况中，如图11所示，x方向上的快速横向振荡必须与快速z-振荡同相。

如果现在进行囊切开切口，则该目的是产生截面11，该截面11以可选择的孔几何形状切穿眼睛的晶状体前面的皮肤，即所谓的“前囊”。其例如可以是椭圆形或圆形的。截面11应该延伸到囊袋上方和下方的最小间距，以确保安全切断。

为了执行这样的切割，现在存在用于“切割”的脉冲激光束的焦点4的各种可能的扫描图案。第一种可能性在图12中示出。图12示出用于产生囊切开片的第一扫描图案。其中慢速运动沿孔几何形状17侧向地并且在z方向上沿着囊袋的z高度18。

在z方向上的快速振荡扫描运动与沿着横向慢速扫描运动13相切的快速振荡扫描运动同步，即，被笔直成慢扫描运动13的横向分量，以形成画线7，即在扫描线5上以相同方向实现的激光聚焦有效区域8。在这里通过光致破碎使眼睛材料3分离，从而有助于形成切割表面11。产生在“围栏方向”中倾斜的“围栏”的图片。

在图12中的右上方以俯视图示出了一示意图，即画线7在慢速扫描运动13的前进的方向中指向。

以细线画出的这样一个画线7的下端在慢速运动13之前，被拉深的上端保持在慢速运动13的后面，从而使得用于后续的形成的激光聚焦有效区域8的激光焦点4的聚焦锥6不会被已经实现的画线7所遮挡。在切割表面11的末端应该再次开始的位置，画线7首先被限制，使得V形区域保持自由以形成最后画线7，然后最初不完整的画线7被填充。

图13示出了用于产生囊切开术部分的第二扫描图案，其中慢速运动沿孔几何结构17侧向地并且在z方向上遵循囊袋的z高度18。

在z方向上的快速振荡扫描运动与垂直于横向慢扫描运动13(即，垂直于慢扫描运动13的横向分量)的横向快速振荡扫描运动同步以形成画线7，即在扫描线5上以相同方向实现的激光聚焦有效区域8。其也由于光致破裂而导致眼材料3的分离，并因此有助于形成切割表面11。产生向外倾斜的“栅栏”的图像。

在图13中的右上方在俯视图中示出一示意图，其中画线7被定向为与慢速扫描运动13的延展垂直。无论画线7是否从内部或外部区域的慢速扫描运动13向上指向，它们总是为激光焦点4的聚焦锥6的区域留出下一个画线7，只要实现图8c中描述的条件，因为画线7的倾角α大于激光焦点4的聚焦锥6的聚焦角。

图14示出了用于产生囊切开术部分的第三扫描模式。在z方向上的快速振荡扫描运动与横向快速振荡扫描运动同步，该运动发生在切向和法向之间的角度上的横向慢速扫描运动13。这导致画线7的形成，这在这里也通过光致破裂使眼睛材料3分离，并且因此有助于形成切割表面11。由此产生倾斜向外倾斜的并刚好还保持

的图像。

在图14的右上方以俯视图示出了一示意图，其示出了画线7以慢速扫描运动13的延展的切线和正常取向之间的角度定向。被描绘得较细的画线7的慢速扫描运动13的前部是画线7的下端，并且保留在慢速扫描运动13之后的粗的部分是画线7的上端。

由此，用于下一个画线7的激光焦点4的聚焦锥6不会被已经实现的画线7所遮挡，只要满足这样的条件，画线7的倾角α大于激光焦点4的聚焦锥6的聚焦角

即可。

图12的扫描图案是用于产生囊切开切片的优选的扫描图案。在此，即使待切割的囊袋不再精确地处于切割时的计划位置，这可能通过测量的不精确性或眼睛介质的后续移动而发生，孔几何结构17也基本上保持不变，而在图7的扫描图案的情况下，如图13和图14所示，实际实现的切割表面11与囊袋的重叠的实际z-位置的囊肿的直径取决于透明的眼睛材料3。

实际上，图12的扫描图案也被证明是具有最高切割效率的图案，即在最小激光能量和/或两个激光聚焦有效区域8的最大间距9时的最高切割效果。

图15a至图15c示出了用于产生晶状体碎裂切口的扫描图案的不同阶段，所述晶状体碎裂切割又是借助脉冲激光束通过光致破裂产生的。图15d和15e示出了用于在交叉点处完成切割平面的相应扫描图案的另一解决方案。

脉冲激光束在此如用于许多其他眼科目一样通常利用飞秒激光器来实现。理想地，例如，如在图12、图13、图14、图16a至图16c、图17a至图17c和图18a至图18c的示例中那样，为了用于眼科目的，使用一种装置来处理透明材料3的处理体积300中的表面11，如特别是如图3所描述的那样，也就是特别是一种这样的装置，其允许在处理体积300的部分区域600中快速扫描运动，而不取决于在整个处理体积300中的任何方向上的慢速扫描运动，其中快速扫描运动的部分区域600通过慢速扫描运动处理量300被移动。

然而，例如，通过适当的调整，也可以模拟快速扫描运动与慢速扫描运动的相互作用，并且可能以相当大的速度损失来传输单个扫描系统，以使用其他装置，例如用于处理在透明材料3的处理体积300中的表面11的装置，如其在图19中所描述的那样。

对于晶状体碎裂，必须产生截面11，其将眼睛的晶状体沿着可自由选择的切割平面19、20分开。切割平面19、20旨在保持到镜片边缘的最小间距，因此遵循上方和下方的限定晶状体表面的曲率。

为了形成贯穿晶状体整个容积的延伸的截面11，快速扫描运动的画线，特别是通过快速z扫描器的振荡运动的幅度确定的画线，不足以在完整高度上分开晶状体。

在这种情况下，整个切割表面必须由多个单独的切割带21组成。如果要在处理体积300中产生完整的切割面19、20，其形状与囊袋切开术的情况不同，在该种情况中穿透只与囊袋相关，在整个平面上是相关的，单独的画线7进而扫描线必须位于截面11中。因此，画线7必须在慢速运动13的延展方向上或与慢速运动13的延展方向相反地倾斜，即类似于囊切开术的第一种扫描方式。

一部分激光脉冲又被掩蔽，以防止通过实现彼此靠近的两个激光聚焦有效区域造成的损坏。在这种情况下，除了快速扫描仪执行的快速振荡扫描运动的反转点之外，当扫描线在振荡的完整幅度处离开切割面19、20的想要的切割区域时，激光脉冲也总是被掩蔽掉。为了使单个切割带21不遮蔽下一个切割带21，如图15b所示，在以较高位置的带21前进之前首先产生所有的较低位置的切割带21，如在图15b中所示出的那样。所以实现分层结构。整个切割面11的完整图案可以在图15c中看到。在两个切割带21的穿透点处，同样发生由已经实现的切割带21对随后实现的切割带21的遮蔽。在这里，在穿透点上，首先可以释放锥形区域，然后可以使用快速扫描仪在完成整个“层”之后从底部向上填充锥形区域。

图15d和图15e再次示出了在穿过两个切割平面(例如这里是两个晶状体碎裂切割的交叉切割平面)时出现的问题，并且示出了用于完成相交处的切割面的相应扫描图案的进一步解决方案：如图15d所示，在交叉切割带21在交叉点处形成与激光焦点4的聚焦锥6相对应的漏斗形凹槽之后，漏斗由漏斗形凹槽中的交叉切割带21补充，其通过快速横向振荡扫描运动和慢速z扫描运动产生，如图15e所示。

在图15a至图15c中，叠置的切割带21在不同的方向上倾斜。这些倾斜方向取决于慢速扫描运动13的前进方向。在这种情况下，在图15a至15c中选择的慢速扫描运动13的前进方向不是强制性的，但通常可以自由选择，然而，已经实现的切割带21的存在可能导致用于还要实现的切割带21的慢速扫描运动13的优选方向。因为它们沿相同的慢速方向13被切割，因此在同一方向上倾斜的叠置的切割带21也在本发明的范围内。

在图16a至图16c的不同视图中示出了用于产生弓形切口的扫描图案，也就是说例如可以用于放松和校正眼睛的散光的弓形切口轮廓，图16a示出了俯视图，图16b示出了倾斜的投影，而图16c示出了适合于弓形切口的扫描图案的侧视图。

对于弧形切口，必须产生倾斜的弯曲切割带24形式的切割表面。这与用于囊切开术的图13和图14的扫描图案类似地实现，其中倾斜位置(即，每个画线7的倾斜度)可以连续地改变，起始点和终点，也就是例如z方向上的高度(画线7在该处开始或结束)可以连续变化，并且曲线切割带24的起始角度25和结束角度26可以自由选择。

如图16a的俯视图所示，画线7从轴线径向向外延伸。

切割带24从起始角度25开始并以结束角度26结束。每个画线7在其相应的角度位置处的起始点和终点例如由至轴线27的间距和z高度28给出，并且可以在穿过从起始角度25到结束角度26的角度范围时连续变化。因此，画线7的倾斜度，长度和位置可以适应要切割的眼部组织3的几何形状。由于在这种应用中与眼囊切开术不同的是切割带或切割面24应该在眼睛组织3的容积中将产生，因此切割面24的形状的自由选择在这里是非常重要的。

在图17a至图17c以及图18a至图18c中，最终以不同的阶段示出用于产生进入切口的第一和第二扫描图案，即在眼科治疗方法的情况下的进入切口。

应当以期望的宽度，倾斜度和相应的“折痕边缘”29产生这种进入切口或“进入隧道”，用于形成穿过眼睛3的角膜的自密封切割几何形状。

即使能够执行具有斜画线7的进入切口，由于扫描垂直于图17a中的进入方向30，或者平行于如在图18a中的进入方向30，因此不一定需要快速振荡扫描运动的z部分横向地在x-y平面中执行。

有时，横向振荡扫描运动的幅度小于隧道所需的宽度。然后必须将切割面分成顺序执行的部分区域31。

特别地，在图17a中开始的部分区域31最后达到振荡扫描运动的最大宽度。因此，在图17b的阶段中，隧道被分成两个并置的区域31并且一个接一个地被处理。例如在折痕29处的另一分区可能是有利的。

如图17c和图18c所示，直到完成在x-y平面中的平面区域的处理之后才开始下一个平面。慢速扫描系统可以在执行画线7的过程中保持在一个固定位置，并且只有在部分区域完成之后才能驱动到下一个位置：在切割面31的处理过程中，慢速横向扫描仪不必用于向前移动：这也可以通过快速扫描仪的振荡的慢速零点推移来实现。

当产生斜面时，为了避免阴影效应，还需要观察相对于聚焦角的倾斜角的大小。在这里也许也必须倾斜地填充，如已经对图14和图15b所提出的和在图9中所示的那样。

由于振荡中心在进入方向上的缓慢运动，各个画线7并排地实现。通过当振荡运动超过部分区域的边缘时掩蔽激光脉冲的聚焦有效区域8，在进入方向30上确保了具有可任意选择的宽度轮廓的截面11、31的形状精度。

图19示出了用于通过聚焦辐射来处理透明材料的处理体积中的表面的装置的第二示例。

该装置包括用于产生辐射100的装置，该装置包括具有在1020-1060nm范围内的波长的飞秒激光器。该飞秒激光的脉冲宽度为500-600fs，脉冲能量约为10μJ。

此外，该装置还包括光学系统2、200，用于将辐射聚焦到焦点4中，其数值孔径为0.2，其像场大小约为6mm。利用这种装置，可以实现6mm×6mm×6mm的处理体积600。

在此示出的装置包含用于利用扫描系统改变焦点4的位置400的装置，该扫描系统能够在x、y、z方向中执行扫描运动并且通过该扫描运动组合能够执行在任意方向中的扫描运动。用于改变位置400的装置为此包含三个扫描仪411、412、413，其也许能相应地推动光学系统。因为其然而不包含独立于第一扫描系统的能调节的第二扫描系统，因此利用这样的装置仅仅在时间损失的情况下实现在此给出的扫描图案。

此外，该装置包含单件式中央控制系统500，该单件式中央控制系统经由通信路径501连接到用于产生辐射100的装置，即飞秒激光系统，以及用于改变焦点4的位置400的装置4并且配置为对用于改变焦点4的位置的飞秒激光系统和所有扫描仪411、412、413进行控制。

尽管缺少附加的快速扫描系统，但是利用这样的扫描系统可以这样地实现有利的扫描图案，即如果相应的扫描图案在该装置的控制装置500中编码，那么就不会或者完全不会导致通过扫描图案的已经实现的部分对扫描图案的还要实现的部分的阴影效应。这里所做的工作–如在此所实现的那样-在任何时刻都是局部受限的，例如，在眼部手术中是有利的，从而在对眼部组织3在手术过程中尽可能保持眼睛可能的运动造成的影响。

每个扫描方向的控制值由在三个空间方向上的慢速、远程的基本分量组成，这些分量具有在这些范围内的任意时间走向，以及短程的、快速充分的分量构成，该分量对应于三个空间方向上的同步方向变化并且其时间走向随着每次重复仅稍微变化。

在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的上述和在各个实施例中说明的特征不仅在示例性组合中，而且能在其它组合中使用或单独使用。

关于装置特征的描述类似地适用于相应方法的这些特征，而方法特征相应地表示所描述的装置的功能特征。

Claims (17)

1.一种用于通过聚焦辐射(1)处理眼睛的透明材料(3)的处理体积(300)中的表面(11)的眼科治疗设备，包括：

-用于产生辐射(1)的装置(100)，

-用于将所述辐射(1)聚焦在所述处理体积(300)中的焦点(4)中的光学系统(2、200、201、202)，其中，所述聚焦辐射的所述焦点(4)具有聚焦角(φ)并且所述聚焦辐射具有辐射轴线(12)，

-用于通过在任意能改变的方向中的扫面运动改变所述焦点(4)在能用三个空间方向x，y和z描述的所述处理体积(300)中的位置(400)的装置，其中z方向平行于基本位置辐射轴线(120)延伸，

-其特征在于用于控制所述眼科治疗设备的控制装置(500)，扫描图案被编码到所述控制装置中，所述扫描图案能通过沿着扫描线(5)的扫描运动实现，

其中，其中所述扫描运动在x方向和/或y方向上具有至少一个横向基本分量(13)，至少一个所述横向基本分量通过在z方向上以及在x方向和/或y方向上的同步方向改变运动的分量叠加，其中，在x和/或y方向上的扫描运动的正横向基本分量(13)的情况下，在x和/或y方向上的方向改变运动与在z方向上的方向改变运动相反，并且在x和/或y方向上的扫描运动的负横向基本分量(13)的情况下，在x和/或y方向上的方向改变运动与在z方向上的方向改变运动方向相同。

2.根据权利要求1所述的眼科治疗设备，其特征在于扫描图案，所述扫描图案具有带有相对于所述辐射轴线(12)的倾角(α)的相互相邻的画线(7)，其中，画线(7)包括所述扫描线(5)的笔直部分并且通过所述聚焦辐射(1)的聚焦有效区域(8)的彼此串接来实现，其中，所述画线的所述倾角(α)大于或等于所述聚焦辐射(1)的所述聚焦角(φ)。

3.根据权利要求1所述的眼科治疗设备，其特征在于一种用于产生辐射(1)的装置(100)，所述装置包括激光器。

4.根据权利要求3所述的眼科治疗设备，其中，所述激光器是脉冲激光器。

5.根据权利要求3所述的眼科治疗设备，其中，所述激光器是短脉冲激光器。

6.根据权利要求3所述的眼科治疗设备，其中，所述激光器是飞秒激光器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的眼科治疗设备，其中，扫描图案被编码到所述控制装置(500)中，所述扫描图案具有沿着所述处理体积(300)中的扫描线(5)的所述聚焦辐射(1)的一系列聚焦有效区域(8、81、82)，使得已经实现的所述聚焦有效区域(8、81)总是布置在由所述聚焦辐射(1)的所述焦点(4)和尚待实现的聚焦有效区域(8、82)的聚焦角(φ)形成的聚焦锥(6)的外部。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的眼科治疗设备，其特征在于用于改变所述焦点(4)的位置(400)的所述装置，其除了包含用于在所述处理体积(300)中实现慢扫描运动的慢速z扫描仪(411)和至少一个慢速横向扫描仪(412、413)之外还包含用于在所述处理体积(300)的部分区域(600)中实现快扫描运动的快速z扫描仪(401)和至少一个快速横向扫描仪(402、403)。

9.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，其特征在于快速横向扫描仪(402、403)，其由快速x扫描仪(402)形成并存在于由快速y扫描仪(403)形成的另一个快速横向扫描仪旁边，或由快速R-扫描仪形成的快速横向扫描仪(402、403)形成，所述快速R-扫描仪在垂直于所述基本位置辐射轴线(120)的x-y平面内的扫描运动能够通过围绕平行于所述基本位置辐射轴线(120)的旋转轴线的旋转来对准。

10.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，其特征在于快速z扫描仪(401)、快速横向扫描仪(402、403)、慢速z扫描仪(411)、以及慢速横向扫描仪(412、413)，所述快速z扫描仪(401)包括在z方向振荡的透镜元件，所述快速横向扫描仪(402、403)包括能围绕两个轴线运动的x-y镜元件或两个单独的分别围绕一个轴线运动的镜元件，所述慢速z扫描仪(411)包括在z方向中能随意选择地运动的透镜元件，所述慢速横向扫描仪(412、413)包括能随意选择地在侧向平面中移动的聚焦光学系统。

11.根据权利要求10所述的眼科治疗设备，其中，所述镜元件的轴线彼此垂直。

12.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，所述眼科治疗设备被设置为通过快速z扫描仪(401)和快速横向扫描仪(402、403)中的至少两个的同步方向改变来实施快速扫描运动。

13.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，所述眼科治疗设备被设置为通过快速z扫描仪(401)和快速横向扫描仪(402、403)中的至少两个的同步振荡运动来实施快速扫描运动。

14.根据权利要求12所述的眼科治疗设备，其特征在于，快速z扫描仪(401)和快速横向扫描仪(402、403)中的至少两个中的一个是具有自由振荡的谐振扫描仪，并且快速z扫描仪(401)和快速横向扫描仪(402、403)中的至少两个中的所有其他快速扫描仪与所述谐振扫描仪同步。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的眼科治疗设备，其特征在于所述快速z扫描仪(401)和至少一个所述快速横向扫描仪(402、403)的同步振荡运动。

16.根据权利要求2所述的眼科治疗设备，其特征在于所述控制装置(500)被编码，使得所述画线(7)的形成通过所述聚焦辐射(1)的聚焦有效区域(8)沿着所述扫描线(5)始终在向上运动(14)中或始终在向下运动(15)中或者交替地在向上运动(14)和向下运动(15)中彼此串接来实现。

17.根据权利要求8所述的眼科治疗设备，其中，用于产生辐射的所述装置包括具有激光脉冲重复率(f_L)的脉冲激光器并且聚焦有效区域(8)与前一聚焦有效区域(8)的间距(9)通过所述激光脉冲重复率(f_L)以及由所述慢扫描运动和所述快扫描运动的扫描速度组成的总扫描速度确定，其特征在于控制装置(500)，所述控制装置被设置为如果激光脉冲的聚焦有效区域(8)不超过到所述前一聚焦有效区域(8)的最小间距(9)则遮蔽所述激光脉冲。

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