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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen von Kalibrierdaten
zu einem Laserablationsgerät. Ein Laserablationsgerät
soll vorliegend insbesondere dazu eingesetzt werden, von der Hornhaut
eines Auges Material abzutragen, um so ein bestimmtes Profil der
Hornhaut zu erzielen. Durch das Profil wird der Hornhaut die Eigenschaft
einer optischen Linse verliehen. Ein Sehfehler des Auges kann so
korrigiert werden.
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Ein
Laserablationsgerät weist eine Vielzahl von Bauteilen auf,
zum Beispiel die Laserquelle, eine üblicherweise als Scannereinrichtung
mit zwei Spiegeln ausgebildete Zieleinrichtung zum Ablenken des
Laserstrahls auf unterschiedliche Stellen der Hornhaut bei starrer
Positionierung des Patienten, eine Einrichtung, mit der das Patientenauge
beobachtet wird, um eine Bewegung des selben korrigieren zu können,
nämlich ein so genannter Eye-Tracker, und dann auch noch
eine Einrichtung zum Absaugen von verdampfter beziehungsweise verbrannter
und mit der Luft transportierter Hornhaut, damit der Laser nachfolgend
nicht durch Teilchen in der Luft vor dem Auge absorbiert wird.
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Wie
bei komplexen Geräten üblich, muss eine Kalibrierung
des Geräts erfolgen. Es gibt stets produktionsbedingte
Abweichungen, die bei der Ansteuerung der Bauteile berücksichtigt
werden müssen. Bei der Ansteuerung ist in einer Steuereinheit üblicherweise
ein Soll-Profil und das zuvorige Profil eingespeichert, und die Steuereinheit
berechnet daraus, wie viele Laserpulse mit welcher Pulsenergie und
Pulsdauer an welche Stellen auf der Patientenhornhaut gesandt werden
müssen. Die Steuereinheit steuert dann entsprechend die
Laserquelle so an, dass die Laserpulse die richtige Energie transportieren,
insbesondere die richtige Intensität haben, sie steuert
die Zieleinrichtung an, reagiert auf Signale von der Einrichtung
zum Gewinnen von Bildern (dem Eye-Tracker). Zugleich steuert sie
die Absaugeinrichtung an. Bezüglich aller dieser Bauteile
müssen Kalibrierdaten festgelegt werden.
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Bisher
ist es sehr mühsam, dieser Komplexität vollständig
und ausreichend Rechnung zu tragen. Es ist bekannt, dass zur Probe
Probekörper von dem Laserablationsgerät bestrahlt
werden und von diesen hierbei Material abgetragen wird. Man definiert
dann ein Soll-Profil für den Probekörper genauso,
wie dies für ein Patientenauge definiert wird und lässt
das Laserablationsgerät arbeiten. Anschließend
muss anhand des tatsächlich durch Abtragung erzielten Profils,
des Ist-Profils, ermittelt werden, inwieweit die bisherigen Kalibrierdaten zu
korrigieren sind.
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Hierzu
ist bisher ein aufwändiges Verfahren notwendig. Der Probekörper
kann nur mit einem teueren und schweren Gerät untersucht
werden, zum Beispiel unter Verwendung von Weißlicht. Wegen
des mit dem im Beispiel genannten Gerät verbundenen Kostenaufwands
kann nicht zu jedem Laserablationsgerät ein eigenes Messgerät
am Ort des Einsatzes des Laserablationsgeräts zur Verfügung
gestellt werden, und es kann auch nicht kurzfristig zu diesem Ort
transportiert werden. Stattdessen wird ein Weißlichtmessgerät
zentral angeordnet, zum Beispiel an der für die Wartung
der Laserablationsgeräte zuständigen Stelle, typischerweise beim
Hersteller der Laserablationsgeräte. Die mit Hilfe des
Weißlichts gewonnenen Informationen sind auch nicht dergestalt,
dass in unaufwändiger Weise präzise alle Werte
ermittelt werden können. Bisher begnügt man sich
mit der Ableitung weniger Werte mit Hilfe des Weißlichtmessgeräts.
Beispielsweise kann bisher vergleichsweise einfach aus dem Ist-Profil
des Probekörpers abgeleitet werden, welche Leistung der
Laser eines Laserablationsgeräts hat: Diese Leistung geht
einfach daraus hervor, in welchem Ausmaß zu viel oder zu
wenig Material, im Vergleich zu dem Soll-Profil, abgetragen ist.
Es kann ein einfacher Faktor abgeleitet werden, und ein Wartungsfachmann
kann die diesbezügliche Information notieren, sich zu dem
Laserablationsgerät begeben und dort eine Eingabe zur Änderung
der Kalibrierdaten vornehmen. Der Faktor beinhaltet einfach als Kalibrierdatum,
inwieweit eine Ist-Leistung der Laserquelle von einer Soll-Leistung
abweicht, wenn bei Bearbeitung des Probekörpers von der
Soll-Leistung ausgegangen wurde. Ebenfalls kann der Faktor einen
bereits eingegebenen Faktor ersetzen beziehungsweise kann korrektiv
mit diesem seinerseits multipliziert werden. Statt eines Faktors
kann auch ein hinzu zu addierender Zusatzwert abgeleitet werden.
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Die
händische Festlegung und Einstellung der Kalibrierdaten
an einem Laserablationsgerät ist somit äußerst
aufwändig. Insbesondere kann bei Verwendung des Weißlichtgeräts
nicht kurzfristig eine Neukalibrierung erfolgen, zum Beispiel in
regelmäßigen kurzen Wartungsintervallen von zum
Beispiel nur einer Woche. Es scheint auch ein Potenzial zu bestehen,
die Genauigkeit der Kalibrierdaten mittels eines neuen Verfahrens zu
verbessern.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Festlegen von
Kalibrierdaten zu einem Laserablationsgerät bereitzustellen,
das in unaufwändiger Weise durchführbar ist und
insbesondere zumindest einen Teil der oben beschriebenen Nachteile
nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen
gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit folgende
Schritte:
- – Abspeichern ursprünglicher
Kalibrierdaten für die Steuereinheit in dem Laserablationsgerät,
wobei sich das Wort „ursprüngliche” auf
das vorliegende Verfahren bezieht. Es kann sich hierbei bei der
Erstkalibrierung um die vom Hersteller vorgegebenen Kalibrierdaten
handeln, bei einer Nachkalibrierung jedoch auch um erst zu einem
späteren Zeitpunkt, zum Beispiel bereits mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren selbst, festgelegte Kalibrierdaten handeln.
- – Definieren eines Soll-Profils als Ergebnis der Abtragung
von Material von einem Probekörper mit einem Laser des
Laserablationsgeräts unter Festlegung von Soll-Profildaten.
Die Soll-Profildaten können einfach in den Koordinaten
des Soll-Profils in einem Koordinatensystem bestehen, aber auch
implizit hiermit festgelegte Daten beinhalten, die die optischen
Eigenschaften betreffen, wie es zum Beispiel Zernike-Koeffizienten
sind.
- – Verbringen des Probekörpers (eines Exemplars
der Art von Probekörper, von der zu dem Soll-Profil ausgegangen
worden war) in das Laserablationsgerät und Betreiben des
Laserablationsgeräts unter Erzeugung von Steuerbefehlen
anhand der ursprünglichen Kalibrierdaten derart, dass sich
bei Richtigkeit der ursprünglichen Kalibrierdaten durch
Abtragung von dem vorgestimmten Körper das Soll-Profil
ergeben würde. Man betreibt also das Laserablationsgerät
im Normalbetrieb, bei dem von einem Soll-Profil ausgegangen ist
und die Steuereinheit so arbeitet, dass in Anbetracht der bekannten
Bedingungen das Soll-Profil erzeugt wird, wenn die Bedingungen korrekt
bekannt sind.
- – automatisches Vermessen des an dem Probekörper
erzielten Ist-Profils zum Gewinnen von Ist-Profildaten. Das Vermessen
muss somit nicht händisch erfolgen, wobei lediglich möglicherweise
der Probekörper zu einer geeigneten Einrichtung zu transportieren
ist. Die Ist-Profildaten können wie die Soll-Profildaten
zunächst rein geometrisch die Oberfläche des Probekörpers
wiedergeben aber insbesondere auch aus dieser Oberfläche
abgeleitete Informationen betreffend optischer Eigenschaften beinhalten,
zum Beispiel auch hier Zernike-Koeffizienten.
- – automatisches Ableiten neuer Kalibrierdaten anhand
von Soll-Profildaten und Ist-Profildaten und automatisches Abspeichern
der neuen Kalibrierdaten für die Steuereinheit in dem Laserablationsgerät.
Auch hier sei darauf hingewiesen, dass die Schritte des Ableitens
und Abspeicherns automatisch erfolgen. Somit ist auch hier kein
händischer Eingriff erforderlich. Da die Soll-Profildaten
und die Ist-Profildaten gleichzeitig zur Verfügung stehen,
kann unmittelbar eine Berechnung erfolgen. Da ja die Daten dann
in einer Datenverarbeitungseinheit zur Verfügung stehen,
können sie auch unmittelbar der Steuereinheit des Laserablationsgeräts
zur Verfügung gestellt werden, indem sie abgespeichert
werden.
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Die
Schritte des automatischen Vermessens, des automatischen Ableitens
neuer Kalibrierdaten und des automatischen Abspeicherns derselben
bedingen eine Kopplung des Geräts zum automatischen Vermessen
mit dem Laserablationsgerät. Hierbei ist es möglich,
dass ein solches Gerät zum Vermessen selbst die Kalibrierdaten
berechnet und der Steuereinheit mitteilt, dann muss aber das Soll-Profil
durch einen Datenübertragungsschritt beiden Geräten,
der Steuereinheit des Laserablationsgeräts und dem Messgerät,
bekannt sein. Dafür ist es unerheblich ob die Steuereinheit
das Soll-Profil dem Messgerät mitteilt oder umgekehrt,
oder ob beide das Soll-Profil von einem dritten Gerät erhalten.
Es ist auch möglich, dass das Messgerät der Steuereinheit
des Laser ablationsgeräts lediglich mitteilt, in welchem
Ausmaß die Kalibrierdaten zu ändern sind, sei
es, indem ein Faktor angegeben wird, sei es indem ein Versatz angegeben
wird. Es ist auch möglich, dass das Messgerät
völlig in das Laserablationsgerät integriert wird,
zumindest abnehmbar koppelbar ist, und dass die Steuereinheit des
Laserablationsgeräts selbst bei dem automatischen Vermessen
Aufgaben übernimmt. Dann kann die Steuereinheit selbst
ihre Kalibrierdaten aufgrund der empfangenen und verarbeiteten Daten
berechnen.
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Die
genannten Automatisierungsschritte werden insbesondere bei Verwendung
eines spezifischen, neuen Messverfahrens für den Probekörper
erleichtert. Dieses spezielle Messverfahren kann in einem relativ kleinen,
kompakt gebauten und kostengünstigen Gerät durchgeführt
werden, das auch ohne Weiteres am Aufstellort eines Laserablationsgeräts
nur für dieses eine Laserablationsgerät zur Verfügung
gestellt werden kann. Bei diesem neuartigen Messverfahren wird im
Rahmen des automatischen Vermessend ein Prüflaserstrahl
unter jeweils definiertem Einfallswinkel nacheinander auf unterschiedliche
Stellen der Oberfläche des Probekörpers mit dem
Ist-Profil gesandt und trifft nach Durchlaufen des Probekörpers,
der hierzu transparent auszuführen ist, auf eine Erfassungseinheit.
Kennzeichen der Erfassungseinheit soll es sein, dass sie unterschiedliche Auftrefforte
des Prüflaserstrahls unterscheiden kann. Sie erfasst dann
zu jeder Stelle der Probekörperoberfläche den
Auftreffort in sich, und aus diesem Auftreffort und dem zu diesem
definierten Einfallswinkel wird dann die lokale Krümmung
an der Oberfläche abgeleitet. Es können in einfacher
Weise die Brechungsgesetze verwendet werden, um die Krümmung
zu berechnen beziehungsweise eine tabellarische Zuordnung zum Ableiten der
Krümmung zu erzeugen. Insgesamt ist dann durch Kenntnis
der lokalen Krümmung an einer Vielzahl von Stellen an der
Probekörperoberfläche das Ist-Profil ermittelt.
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Wie
oben bereits dargestellt, eignen sich insbesondere Zernike-Koeffizienten
dazu, Eigenschaften des Ist-Profils abzuleiten. Diese können
somit aus den ermittelten lokalen Krümmungen (insbesondere
deren Gesamtheit) abgeleitet werden, und sie können mit
zu dem Soll-Profil definierten Zernike-Koeffizienten verglichen werden.
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Die
Vorgabe eines Einfallswinkels derart, dass bei zu erwartenden Ist-Profilen
der Prüflaserstrahl zur Erfassungseinheit gelangt, kann
dadurch erfolgen, dass der Prüflaser strahl ausgehend von
der Laserquelle auf eine Auslenkeinheit auftrifft, die ihn nacheinander
in unterschiedliche Richtungen zum Probekörper hin auslenkt.
Eine solche Auslenkeinheit kann genauso ausgebildet sein wie die
Zieleinrichtung des eigentlichen Laserablationsgeräts mit
zwei Scannerspiegeln. Sie hat den Vorteil großer Kompaktheit.
Ist ausschließlich eine solche Auslenkeinheit vorgesehen,
muss jedoch möglicherweise die Erfassungseinheit relativ
groß ausgebildet sein.
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Letzterer
Nachteil ist nicht in diesem Ausmaß gegeben, wenn der Probekörper
gegenüber der Quelle für den Prüflaserstrahl
und der Erfassungseinheit verschiebbar ist und nacheinander in unterschiedliche
Stellungen verfahren wird. Dann wird die Oberfläche dadurch
abgetastet, dass die Oberfläche sich zum Laserstrahl bewegt
statt umgekehrt. Die beiden genannten Ausführungsformen
mit Auslenkeinheit und verfahrbarem Probekörper können
auch miteinander kombiniert verwirklicht werden, wodurch eine besonders
große Kompaktheit mit möglichst kleiner Kamera
erzielt werden kann.
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Genauso
ist es auch möglich, die Quelle für den Prüflaserstrahl
verfahrbar zu gestalten. Dann trifft der Prüflaserstrahl
auf unterschiedlichen Stellen der Oberfläche auf, nämlich
jeweils auf der Stelle, die in senkrechter Richtung des Austritts
des Prüflaserstrahls der Quelle gegenüberliegt.
Schließlich ist es alternativ noch möglich, statt
nacheinander auf unterschiedliche Stellen der Oberfläche
zu strahlen, gleichzeitig die unterschiedlichen Stellen der Oberfläche
zu bestrahlen und dann alle Informationen auf einmal aufzunehmen.
Es bedarf dann einer anderen Lichtquelle, nämlich einer
Laserquelle, die ein holographisches Muster abgeben kann.
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Im
Rahmen der Erfindung wird bevorzugt ein spezifisches Gerät
zum Ermitteln eines Ist-Profils einer Oberfläche an einem
transparenten Körper eingesetzt, wie es in Patentanspruch
8 beschrieben ist. Das Gerät weist somit eine Halterung
für einen solchen Körper auf, eine Laserquelle
sowie eine Kamera, die für Strahlung aus der Laserquelle
empfindlich ist. Schließlich weist es Mittel zum Ändern
der Stelle (bzw. des Ortes), an der (an dem) ein von der Laserquelle
ausgesandter Laserstrahl auf dem Körper auftrifft. Es weist
eine Einheit zum Ansteuern der Mittel zum Ändern der Stelle
und zum Auswerten von von der Kamera aufgenommenen Bildern auf.
Schließlich weist es noch eine Schnittstelle zum Übersenden
von Daten durch die Einheit an eine externe Einheit auf. Bei dieser
Ausführungsform ist das Gerät als solches in der
Lage, das Ist-Profil zu ermitteln. Die hierbei gewonnen Informationen
können über die Schnittstelle an externe Einheiten
weitergeleitet werden.
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Ein
Gerät der erfindungsgemäßen Art ist besonders
kompakt, platzsparend und leicht baubar und kann daher ohne Schwierigkeiten
transportiert werden, insbesondere am Ort eines Laserablationsgeräts
bereitgestellt werden. Über die Schnittstelle kann eine
Ankopplung an das Laserablationsgerät erfolgen, damit Daten
zwischen den beiden Geräten ausgetauscht werden können.
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Wie
bereits oben dargestellt, können die Mittel zum Ändern
Mittel zum Ablenken eines von der Laserquelle ausgesandten Laserstrahls
umfassen, wobei solche Mittel üblicherweise als Scannereinrichtung
bezeichnet werden. Die Mittel zum Ändern können
auch Mittel zum Verfahren der Laserquelle umfassen, oder auch Mittel
zum Verfahren der Halterung, oder beides.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zum Ablatieren
von Hornhaut an einem Auge mit dem Merkmal gemäß Patentanspruch
11 bereitgestellt. Wie übliche Laserablationsgeräte
weist dieses Gerät eine Laserquelle zum Abgeben eines Laserstrahls
für das Ablatieren auf, dieser Laserquelle ist eine Zieleinrichtung
nachgeordnet, damit der Laserstrahl auf unterschiedliche Stellen
einer Hornhaut gelenkt werden kann, und erfindungsgemäß ist
eine zweite Laserquelle bereitgestellt, die zum Vermessen der Oberfläche eines
ablatierten Körpers eingesetzt wird, wobei die zweite Laserquelle
den Laserstrahl vor der Zieleinrichtung einkoppelt, sodass die Zieleinrichtung
auch die Richtung, in der der Laserstrahl von der zweiten Laserquelle ausgesandt
wird, ändern kann.
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Das
erfindungsgemäße Laserablationsgerät
umfasst bereits den Laser zum Vermessen des Ist-Profils der Oberfläche
an einem transparenten Körper, sodass nur noch ein solcher
transparenter Körper mit dem Laserablationsgerät
gekoppelt werden muss, ein Profil eingeschrieben werden muss, und
dann kann der Laserstrahl der zweiten Laserquelle dazu verwendet
werden, das Ist-Profil zu vermessen. Dem transparenten Körper
muss dann lediglich eine Kamera nachgeordnet werden, die an einer
geeigneten Halterung im Laserablationsgerät befestigt werden
kann.
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Zum
Ablatieren wird üblicher Weise ein Laser mit einer Frequenz
von 193 nm o. ä. verwendet. Der zum Messen verwendete,
von der zweiten Laserquelle ausgesandte Laserstrahl weist eine Wellenlänge
auf, die in dem Wellenlängenbereich von zwischen 400 und
1400 nm liegt, zum Beispiel bei 635 nm liegt. Der Laserstrahl der
ersten Laserquelle kann dann ablatieren, während der Laserstrahl
von der zweiten Laserquelle keine Ablation bewirkt.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in der
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1 schematisch
den Aufbau eines Laserablationsgeräts mit daran angekoppeltem
Vermessungsgerät veranschaulicht, wie er zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform eingesetzt
wird,
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2A–2C schematisch
den Vorgang des Vermessens des Ist-Profils eines transparenten Körpers
gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht,
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3 schematisch
ein Gerät zum Vermessen eines solchen Ist-Profils gemäß einer
zweiten Ausführungsform veranschaulicht,
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4 schematisch
ein Gerät zum Vermessen eines solchen Ist-Profils gemäß einer
dritten Ausführungsform veranschaulicht,
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5 schematisch
ein Gerät zum Vermessen eines solchen Ist-Profils gemäß einer
vierten Ausführungsform veranschaulicht,
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6 schematisch
ein Gerät zum Vermessen eines solchen Ist-Profils gemäß einer
fünften Ausführungsform veranschaulicht,
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7 schematisch
den Aufbau eines Laserablationsgeräts veranschaulicht,
wie es gemäß einer Alternative zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist.
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Ein
in 1 gezeigtes und dort im Ganzen mit 10 bezeichnetes
Laserablationsgerät dient zum Ablatieren von Hornhaut an
einem in der Figur nicht gezeigten Auge eines Patienten. Die Ablation
erfolgt mit Hilfe eines von einer Laserquelle 12 erzeugten
Laserstrahls 14. Die Laserquelle 12 wird von einer
zentralen Steuereinheit 16 angesteuert. In dieser zentralen
Steuereinheit 16 ist ein sogenanntes Ablationsprofil zu
einem Patientenauge abgelegt, das ein Soll-Profil zu einem Patientenauge
beschreibt, das heißt beschreibt, wie das Patientenauge
nach der Behandlung aussehen soll. Zu diesem Ablationsprofil werden
Pulse von Laserstrahlen 14 erzeugt. Die Laserstrahlpulse 14 werden
von sogenannten Strahlformungsoptiken 18 in an sich bekannter Weise
geformt und einer Scannereinrichtung 20 zugeleitet. Unter
Scannereinrichtung ist jede Einrichtung zu verstehen, die den von
den Strahlformungsoptiken 18 abgegebenen Laserstrahl 14' in
unterschiedliche Richtungen wahlweise auslenken kann. Typischerweise
umfasst die Scannereinrichtung 20 einen ersten Spiegel für
die Auslenkung in eine erste Richtung (x-Richtung) und einen zweiten
Spiegel für die Auslenkung in eine zweite Richtung (y-Richtung).
Diese Spiegel sind in der Figur nicht gezeigt. Die zentrale Steuereinheit 16 ist mit
der Scannereinrichtung 20 verbunden und steuert diese an.
Entsprechend dem Ablationsprofil wird durch die Steuereinheit 16 festgelegt,
wie oft ein Laserstrahl in welcher Stelle auf der Hornhaut des Patientenauges auftreffen
soll. Unterschiedliche Auslenkungen der Scannereinrichtung 20 entsprechen
hierbei dem Auftreffen des Lasers auf unterschiedlichen Stellen
auf dem Patientenauge.
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An
einem halbdurchlässigen Spiegel 22 wird ein Teil
der Laserstrahlung ausgekoppelt, zu einem Energiesensor 24 hin.
Von diesem gewonnene Messwerte können zu einer Korrektur
in der Festlegung durch die Steuereinheit 16 führen,
wie oft der Laserstrahl auf der Hornhaut des Patienten auftreffen
soll. Da sich ein Patientenauge während der Behandlung
bewegen kann, überprüft als Überwachungseinrichtung
ein sogenannter Eye-Tracker 26, wie das Patientenauge aktuell
steht. Durch den Eye-Tracker 26 ist insbesondere die Pupille des
Auges erkennbar, und dieser können Koordinaten in einem
Koordinatensystem zugeordnet werden. Der Eye-Tracker 26 betrachtet
ein Patientenauge durch einen halbdurchlässigen Spiegel 28,
auf den von der Scannereinrichtung 20 her die Laserstrahlen 14' geleitet
werden.
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Bei
einem komplizierten Gerät wie dem Laserablationsgerät 10 können
baubedingte Abweichungen auftreten. Da das Ablatieren von Hornhaut
von einem Auge jedoch eine hochempfindliche Angelegenheit ist, muss
diesen Abweichungen Rechnung getragen werden, indem in der Steuereinheit 16 Kalibrierdaten
abgelegt werden.
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Beispielsweise
muss die Steuereinheit 16 bei der Festlegung, wie viele
Laserstrahlenpulse an welcher Stelle an der Hornhaut des Patientenauges
auftreffen sollen, die Leistung des Laserstrahls 14 im
Vergleich zu einem Nennwert kennen. Gegebenenfalls muss auch eine
von der Soll-Form abweichende Form des Laserstrahls berücksichtigt
werden, weil ein stark von der Soll-Form abweichender Laserstrahlenpuls
möglicherweise weniger Material von der Hornhaut abträgt
als ein perfekt geformter Laserstrahl. Schließlich kann
es sein, dass durch Verschmutzungen im Gerät bei Zielen
des Laserstrahls in eine ganz genau definierte Richtung Energie
in größerem Ausmaß absorbiert wird als
sonst. Somit ist eine lokale Korrektur erforderlich, zum Beispiel hinsichtlich
Laserpulsenergie, Laserpulsdauer, Laserpulsabstand oder Anzahl der
Laserpulse.
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Damit
optimal vor dem Patientenauge an der Stelle abgetragen wird, an
der abgetragen werden soll, müssen zunächst Messwerte
vom Eye-Tracker 26 optimal ausgewertet werden, insbesondere
ein Versatz in zwei Richtungen muss berücksichtigt werden.
Ein solcher Versatz kann auch durch die Scannereinrichtung 20 zustande
kommen, sodass zu jeder Scannereinrichtung, also z. B. zu jedem
Scannerspiegel, ein Versatz definiert ist. Schließlich
muss die Steuereinheit 16 beim Ansteuern der Scannereinrichtung 20 nicht
nur den Versatz berücksichtigen, sondern auch das Ausmaß des
Verkippens der Scannerspiegel bei einem vorgegebenen Steuersignal.
Dies lässt sich zum Beispiel in Abhängigkeit von
durch ein Steuersignal bereitgestellten Volt ausdrücken,
beim Scannerspiegel zum Beispiel in Winkel pro Volt oder bei einer
digitalen Einrichtung im Winkel pro Bitwert. Auch hier kann es Abweichungen
im Ausmaß der Ablenkung geben.
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Schließlich
kann auch die gesamte Scannereinrichtung, jeder Spiegel einzeln
oder beide Spiegel gekoppelt, gegenüber einer Achse der
Ausbreitung des Laserstrahls 14 verdreht sein. Auch der
Eye-Tracker 26 kann verdreht sein. Dies lässt
sich bei der Ansteuerung der Scannerspiegel berücksichtigen.
Es kann zwar nicht zwischen dem Verdrehen der Scannereinrichtung 20 und
dem Verdrehen des Eye-Trackers 26 unterschieden werden,
es kann aber ein Winkel angegeben werden, in dem beide Arten von
Verdrehungen in ihrer Gesamtheit berücksichtigt sind.
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Nicht
in 1 gezeigt ist eine Absaugvorrichtung, die in einem
Laserablationsgerät 10 üblicherweise vorhanden
ist, um durch Luft transportiertes ablatiertes Material schnell
aus dem Strahlenweg zu entfernen. Auch die Absauggeschwindigkeit
kann als Kalibrierwert gespeichert sein.
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Alle
diese Daten können durch eine Kalibrierung 16 mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden.
Hierzu wird ein transparenter Probekörper 30,
zunächst in Form einer planparallelen Platte aus Kunststoffmaterial,
bereitgestellt. In die Platte eingebettet ist eine simulierte Iris
eines Auges, sodass der Eye-Tracker 26 wie sonst auch arbeiten
kann. Dann wird mit Hilfe des Laserablationsgeräts 10 Material
von dem Probekörper 30 abgetragen. Hierzu ist
in der Steuereinheit 16 ein Soll-Profil vorgegeben, das
sich besonders für eine Auswertung eignet, und in Kenntnis
der Tatsache, dass die Oberfläche des Probekörpers 30 zunächst eben
ist, erstellt die Steuereinheit 16 mit Kalibrierdaten in
einer vorläufigen Wertezuordnung einen Bestrahlungsplan
und steuert die Laserquelle 12 wie auch die Scannereinrichtung 20 unter
Kontrolle des Eye-Trackers 26 entsprechend an, dass sich
bei Richtigkeit der vorläufigen Kalibrierdaten im Probekörper 30 ein
Ist-Profil ergeben würde, das mit dem Soll-Profil identisch
ist.
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Nachfolgend
wird der Probekörper 30 zu einem speziellen Gerät 100 verbracht,
das in der Lage ist, die Oberfläche des Probekörpers 30 zu
vermessen. Das Gerät 100, das mit 1 zusammen
mit dem Probekörper 30 lediglich schematisch gezeigt
ist, kann solche Daten liefern, die es der Steuereinheit ermöglichen, die
Kalibrierdaten zu ändern. Beispielsweise kann das Ist-Profil
einfach der Steuereinheit 16 mitgeteilt werden, und diese
kann durch Vergleich zwischen Ist-Profil und Soll-Profil berechnen,
wie die vorläufigen Kalibrierwerte korrigiert werden müssen
beziehungsweise wie die neuen Kalibrierwerte aussehen sollen. Stattdessen
kann eine solche Berechnung auch schon in dem Gerät 100 erfolgen,
und die neuen Kalibrierdaten oder Korrekturwerte für selbige
(Versatz oder Korrekturfaktor) können der Steuereinheit 16 mitgeteilt
werden. In der Zusammenschau von Gerät 100 und
Steuereinheit 16 gibt es somit eine künstliche
Rechenintelligenz, durch die die neuen Kalibrierwerte für
die Steuereinheit 16 bereitgestellt werden. Bei Vergleich
des Ist-Profils mit dem Soll-Profil kann aus beiden Profilen ein
Zernike-Koeffizient abgeleitet werden, oder es können mehrere
Zernike-Koeffizienten abgeleitet werden. Dann kann eine Abbildungsvorschrift
von Zernike-Koeffizienten auf einen bestimmten Kalibrierwert eingesetzt
werden.
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Dies
soll im Folgenden beispielhaft für mehrere Kalibrierwerte
k1, k2, k3, k4 und k5 angegeben werden. Es ist hierbei davon
ausgegangen, dass ein Zernike-Koeffizient als C[n, m] angebbar ist,
wobei n die sogenannte radiale Ordnung ist, also die Ordnung einer
zugehörigen radialen Polynomfunktion, während
m ein Maß für die Symmetrie (insbesondere der
Funktion) ist. Letzteres auch als „meridionale Frequenz” bezeichnete Maß gibt
wieder, durch welche Zahl ein Gesamtwinkel von 360° zu
teilen ist, um bei einer Drehung um einen so erhaltenen Winkel eine
Symmetrieoperation durchzuführen.
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Das
Ableiten von Zernike-Koeffizienten aus einem Wellenprofil, also
einer Oberfläche einer optischen Einrichtung wie einer
Linse oder eines Spiegels, ist an sich bekannt. Beispielsweise ist
in dem Artikel von Sophia I. Panagopoulou und Daniel R.
Neal, PhD „Zonal Matrix Iterative Method for Wavefront
Reconstruction From Gradient Measurements", aus Journal
of Refractive Surgery, vol. 21, September/Oktober 2005, Seiten 563–569 davon
ausgegangen, dass eine Zernike-Zerlegung, also das Ableiten von
Zernike-Koeffizienten an sich bekannt ist.
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Diejenigen
Zernike-Koeffizienten, die im Folgenden mit CIst bezeichnet
sind, sollen diejenigen Zernike-Koeffizienten sein, die aus dem
Ist-Profil abgeleitet sind, diejenigen Zernike-Koeffizienten, die
mit CSoll bezeichnet sind, sollen diejenigen
Zernike-Koeffizienten sein, die zum Soll-Profil definiert sind,
also durch Angabe des Soll-Profils vorgegeben und aus diesem ableitbar
sind beziehungsweise umgekehrt zur Definition des Soll-Profils angegeben
werden.
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Es
lässt sich beispielsweise ein Kalibrierwert k
1 nach
folgender Formel bestimmen:
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Hierbei
ist ISoll diejenige Intensität,
die ein Laserstrahlenpuls übermitteln soll. Die Größe
N gibt die sogenannte Gaußsche Ordnung zum Profil des Laserstrahlenpulses
an. Bei N = 1 hat das Profil des Laserstrahlenpulses perfekt die
Form einer Gaußkurve, bei N > 1 ist die Intensitätsverteilung
gegenüber einer Gaußkurve flacher. Die Gaußsche
Ordnung ist typischerweise als Eigenschaft der Laserquelle 12 bekannt
oder kann mit einer eigenen Messeinrichtung („beam profiler”)
gemessen werden. Die Größe IThCo gibt
diejenige Intensität an, die ein auf eine Hornhaut eines
Patienten gesandter Laserstrahlenpuls mindestens haben muss, damit
Material von der Hornhaut abgetragen wird. Diese Größe
ist aus früheren Messungen für typische Hornhaut
bekannt. Die Größe IThTO ist
diejenige Intensität, die ein auf den Probekörper 30 gesandter
Laserstrahlenpuls mindestens haben muss, damit von dem Probekörper 30 Material
abgetragen wird. Diese Größe ist ebenfalls aus früheren
Messungen zum Material des Probekörpers bekannt und kann
gegebenenfalls durch Durchstimmen der Intensität eines
Laserstrahls ermittelt werden.
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Durch
die Formel (1) wird das Verhältnis von tatsächlich
abgetragener Menge zu abzutragender Menge beim Probekörper 30 auf
ein entsprechendes Verhältnis bei einer Hornhaut abgebildet.
Durch Angabe von k1 lässt sich
insbesondere die Zahl der Laserstrahlenpulse korrigieren.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass der Soll-Wert C[2, 0] beim Probekörper 30 gleich
1,00 ist, der Ist-Wert aber 1,30 ist. Dann erhält man für
k1 einen Wert von 0,83. Dies bedeutet, dass
17% weniger Laserstrahlenpulse abgegeben werden müssen,
als dies bei perfekter Übereinstimmung von CIst und
CSoll gegeben wäre.
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Zu
den Scannerspiegeln lassen sich folgende Verstärkungsfaktoren
definieren:
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Der
Faktor k2 ist ein Verstärkungsfaktor
für ein Auslenksignal, das an einen ersten Scannerspiegel
für eine Auslenkung in x-Richtung gesandt wird, k3 ein solcher Verstärkungsfaktor
für einen zweiten Scannerspiegel für eine Auslenkung
in y-Richtung. Ist beispielsweise C[2, 0] idealerweise und auch
tatsächlich gleich 1,00, weicht aber die Größe
C[2, +2] von einem Sollwert von 0,00 zu einem Ist-Wert von 0,30
ab, erhält man für k2 den
Wert 1,17, für k3 den Wert 0,86.
Dies bedeutet, dass der erste Scanner-Spiegel für die Auslenkung
in x-Richtung zum Auslenken mit einer um einen Faktor 1,17 vergrößerten
Stellgröße beaufschlagt werden muss als ursprünglich
vorgesehen, während ein zweiter Scannerspiegel für
die y-Richtung um einen Faktor 0,86 weniger beaufschlagt werden
muss als ursprünglich vorgesehen.
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Es
lässt sich auch eine Größe k
4 definieren:
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Diese
beinhaltet einen Verstärkungsfaktor für die Stromstärke
eines Stroms, mit dem eine Einrichtung zum Entfernen von oberhalb
eines Patientenauges in der Luft befindlichen Material beaufschlagt
wird. Ist zum Beispiel für den Wert C[2, 0] der Ist-Wert
gleich einem Soll-Wert von 1,00, ist aber ein Ist-Wert C[3, +1]
statt gleich von einem Soll-Wert von 0,00 gleich 0,30, erhält
man für k4 einen Wert von 1,23,
d. h., die Einrichtung zum Entfernen von Material muss mit einem
1,2-fachen Strom beaufschlagt werden.
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Schließlich
kann auch ein Kalibrierwert k
5 definiert
werden gemäß der Formel
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Durch
den Kalibrierwert k5 wird berücksichtigt,
dass die Scannereinrichtung 20 als Ganzes wie auch der
Eye-Tracker 26 als Ganzes jeweils verdreht sein können.
k5 gibt wieder, um welchen Winkel das Gesamtsystem
verdreht ist, berücksichtigt also beide Arten von Verkippung
in einer Größe. Bei der Berechnung von Laserstrahlenpulsen
und Ansteuern der Scannerspiegel der Scannereinrichtung 20 wird
die Größe k5 von einem
Soll-Winkel abgezogen oder hinzuaddiert. Es handelt sich also bei
der Größe k5 um einen
Versatzwert, während die Größen k1, k2, k3 und
k4 Korrekturfaktoren sind.
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Ist
beispielsweise der Soll-Wert für C[2, +2] gleich 1,00 und
der Ist-Wert gleich 1,30, und ist der Sollwert für C[2,
+2] gleich 1,00 und der Ist-Wert gleich 0,56, erhält man
für k5 einen Wert von –22°,
das Gesamtsystem beinhaltet also eine Verdrehung um –22° gegenüber
dem eigentlich gewünschten Soll-Zustand.
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Zusätzlich
oder alternativ zur Verwendung von Zernike-Koeffizienten kann eine
das Ist-Profil angebende Kurve einer Fourieranalyse unterworfen
werden, oder es kön nen statt Zernikepolynomen Funktionen
aus einer Taylorentwicklung ihre Koeffizienten zugeordnet werden
und dann eine Abbildungsvorschrift für den Kalibrierwert
eingesetzt werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezug auf die 2A bis 2C beschrieben,
wie das Vermessen des Ist-Profils des Probekörpers 30 grundsätzlich
erfolgt. Das Gerät 100a weist eine Laserquelle 32 auf,
die einen Messlaserstrahl 34 mit einer Wellenlänge
von 635 nm auf den Probekörper 30 sendet. Hinter
dem transparenten Probekörper 30 ist eine Kamera 36 angeordnet.
Der Lichtstrahl 34 wird als Lichtstrahl 34' in
die Kamera 36 gebrochen. Das Gerät 100a in
seiner Gesamtheit ist so abgestimmt, dass stets oder zumindest unter
Annahme vorbestimmter Ist-Profile der gebrochene Laserstrahl 34' in
der Kamera 36 landet. Die 2A bis 2C veranschaulichen
den Gang der Laserstrahlen bei unterschiedlichen Stellungen des
Probekörpers 30. Hierzu ist der Probekörper 30 in
einer Halterung 31 auf einem Schlitten 38 gehaltert,
der gemäß dem Doppelpfeil 40 in unterschiedliche
Stellungen verfahrbar ist. In der in 2A gezeigten
Stellung trifft der Laserstrahl 34 auf der Oberflächenstelle 42 des
Probekörpers 30 auf. Die Krümmung an
dieser Stelle 42 bedingt das Ausmaß der Brechung,
somit bedingt sie, an welchem Detektorelement der Kamera 36 der
gebrochene Laserstrahl 34' auftrifft. Bei der in 2B gezeigten
Stellung des Schlittens 38 trifft der Laserstrahl 134 auf
der Stelle 44 der Oberfläche des Probekörpers 30 auf
und wird quasi garnicht gebrochen, sodass ein Laserstrahl 134' nach
Durchlaufen des Probekörpers 30 auf der Kamera
mittig auftrifft. In der in 2C gezeigten
Stellung trifft ein Laserstrahl 234 auf der Stelle 46 auf
der Oberfläche des Probekörpers 30 auf
und wird als Laserstrahl 234' nach der Brechung weitergeführt.
Er trifft am anderen Rand der Kamera 36 auf als der Laserstrahl 34'.
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Das
Gerät 100a weist eine Datenverarbeitungseinrichtung 48,
die gleichzeitig als Steuereinheit fungiert. Sie steuert die Abgabe
des Laserstrahls durch die Laserquelle 32 an, wie auch
die Bewegung des Schlittens 38 gemäß dem
Pfeil 40 und erhält von der Kamera 36 eine
Information über den Auftreffort des jeweils gebrochenen
Laserstrahls 34', 134', 234'. Aus dem
Auftreffort auf (bzw. in) der Kamera kann auf die lokale Krümmung
an den Stellen 42, 44 und 46 zurückgeschlossen
werden, unter Zuhilfenahme des gewöhnlichen Brechungsgesetzes
(Gesetz von Snellius). Somit erhält man von der Datenverarbeitungseinheit 48 das Ist-Profil.
Es ist diese Datenver arbeitungseinheit 48, welche eine
Schnittstelle 50 aufweist, die das Anschließen des
Geräts 100a über ein Kabel 52 mit
der Steuereinheit 16 des Laserablationsgeräts 10 ermöglicht.
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In
Abwandlung der anhand von 2A bis 2C erläuterten
Ausführungsformen kann der Auftreffort eines Laserstrahls 334 auf
der Oberfläche des Probekörpers 30 auch
durch Verwendung einer Scannereinrichtung 54 variiert werden,
wobei diese Scannereinrichtung 54 dann durch eine Datenverarbeitungs-
und Steuereinrichtung 48 anzusteuern ist. Ein solches Gerät
ist in 3 gezeigt und mit 100b veranschaulicht.
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Eine
dritte Ausführungsform eines Geräts zum Vermessen
der Oberfläche des Probekörpers 30, 100c, weist
eine über einen Schlitten 56 gemäß dem
Doppelpfeil 58 verfahrbare Laserquelle 32 auf,
wobei ein Verfahren des Schlittens 56 durch eine Datenverarbeitungs-
und Steuereinrichtung 48 bewirkt wird.
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In
Abwandlung der Ausführungsformen 100b, 100c aus
den 2A bis 2C, 3 und 4 kann
gemäß 5 auch vorgesehen sein, dass
der Kamera 36 eine Linse 60 vorgeordnet ist, und
dass diese Linse es ermöglicht, dass die Kamera 36 eine
Abbildungsebene 62 erfasst. Dann trifft der Laserstrahl 534' möglicherweise
nicht unmittelbar in gerader Fortpflanzungsrichtung auf den Detektorelementen
der Kamera 36 auf.
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Bei
einer fünften Ausführungsform eines Geräts 100e,
wird von einer Laserquelle 132 eine Mehrzahl von Laserstrahlen 1034, 1134, 1234 abgegeben,
und zu jedem Laserstrahl wird ermittelt, inwieweit er als Laserstrahl 1034', 1134', 1234' gebrochen
auf der Kamera 36 auftrifft.
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Die
Ausführungsformen 100a, 100b, 100c und 100d müssen
nicht jeweils in reiner Form bereitgestellt sein, sondern es können
die zu diesen Ausführungsformen beschriebenen Ideen in
beliebiger Kombination verwirklicht sein, also gleichzeitig ein
Schlitten 38 für die Halterung 31 des
Probekörpers 30, eine Scannereinrichtung 54 und
ein Schlitten 56 für die Laserquelle 32 bereitgestellt
sein.
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Bei
allen diesen Ausführungsformen kann wahlweise die Linse 60 an
der Kamera 36 vorgesehen sein.
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Genauso
kann bei allen Ausführungsformen eine holographische Laserquelle
vorhanden sein, wie dies anhand von 6 erläutert
ist, zum Beispiel kann ein Verfahren des Probekörpers 30 vorgesehen
sein, wenn die Laserstrahlen 1034, 1134 und 1234 etwas
dichter zueinander abgestrahlt werden, sodass nicht der vollständige
Probekörper 30 auf einmal bestrahlt wird.
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In
Abwandlung der Ausführungsform 100b des Geräts
aus 3 kann anstelle einer gesonderten Einrichtung 54 auch
die Scannereinrichtung 54 auch die Scannereinrichtung 20 des
Laserablationsgeräts benutzt werden, nämlich in
einem in 7 gezeigten abgewandelten Laserablationsgerät 10'.
Dann wird die Laserquelle 32 für das Gerät 100b in
das Laserablationsgeräts 10' integriert und sendet
ihren Laserstrahl über einen halb durchlässigen
Spiegel 64, auf den von der anderen Seite der von den Strahlformungsoptiken 18 geformte Laserstrahl 14' gelangt,
zu der Scannereinrichtung 20.
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Dem
Probekörper 30 muss dann lediglich ein Teilgerät 100f zum
Vermessen nachgeordnet werden, insbesondere eine Kamera nach Art
der Kamera 36 und eine Datenverarbeitungseinrichtung nach
Art der Datenverarbeitungseinrichtung 48. Die Ansteuerung
kann durch die Steuereinheit 16 übernommen werden,
genauso auch die Aufgabe der Datenverarbeitungseinrichtung 48.
Dann kann mit ein- und demselben Laserablationsgerät 10' das
Profil in den Probekörper 30 geschrieben werden.
Der Teil 100f, also zumindest eine Kamera 36,
wird dann sinnvollerweise nachträglich montiert, damit
der Probekörper 30 vermessen werden kann.
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Auch
hier stehen im Ergebnis neue, gegenüber den vorläufigen
Kalibrierwerten und -daten korrigierte Kalibriergrößen
zur Verfügung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Sophia I.
Panagopoulou und Daniel R. Neal, PhD „Zonal Matrix Iterative
Method for Wavefront Reconstruction From Gradient Measurements”,
aus Journal of Refractive Surgery, vol. 21, September/Oktober 2005,
Seiten 563–569 [0039]