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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
von Kontaktlinsen, insbesondere von kundenspezifischen Kontaktlinsen.
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Bisher
werden sowohl harte, als auch weiche Kontaktlinsen ausschließlich in
Dreh- oder Gussprozessen hergestellt. Für den Drehprozess werden zunächst kleine,
auspolymerisierte Kunststoffplättchen produziert,
aus denen die spätere
Kontaktlinse gedreht wird. Beim Guss- oder Moldverfahren wird flüssiges Kontaktlinsenmaterial
in eine Form gegossen, die sogenannte Mold, die dem Negativ der
späteren Kontaktlinse
entspricht. Das Material polymerisiert dann unmittelbar in der Form.
Die Gussform selbst wird mittels gedrehter Stempel hergestellt.
Sowohl beim Drehprozess, als auch beim Gussprozess beschränkt die
Drehtechnologie die Auswahl an herstellbaren Formen von Kontaktlinsen.
Kontaktlinsen mit feinen und rotations-asymmetrischen Oberflächenformen
können
auf diese Weise höchstens
unter großem
Aufwand hergestellt werden.
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Es
hat sich daher etabliert, vorgeformte Kontaktlinsen-Rohlinge, die
eine vorgegebene, beispielsweise konstante Brechkraftverteilung
aufweisen, mittels eines Laser-Abtragsverfahrens
nachzubearbeiten, um feinere Oberflächenstrukturen zu gewinnen. Feine
Strukturen sind vor allem für
visusverbessernde oder presbyopiekorrigierende Kontaktlinsen erforderlich.
Mit solchen Linsen möchte
man die optischen Eigenschaften des Auges einer bestimmten Person gezielt
beeinflussen oder verbessern. Insbesondere soll damit erreicht werden,
dass die von einem Punkt auf der Netzhaut des Auges ausgehende und
durch das Auge-Kontaktlinsen-System austretende Wellenfront eine
definierte Form hat, beispielsweise eine ebene Welle oder eine leichte
Koma.
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Der
Abtrag von Kontaktlinsenmaterial wird üblicherweise im Fokus des Laserstrahls
durchgeführt.
Die Präzision
der herstellbaren Strukturen sind durch die Größe des Laserfokus beschränkt. Strukturen
mit einem Durchmesser von zwei Millimeter sind nur noch mit einem
Laserspotdurchmesser von ca. einem Millimeter erreichbar. Je kleiner
der Spotdurchmesser, desto länger
ist jedoch die Bearbeitungszeit und desto unwirtschaftlicher wird
der Herstellungsprozess.
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Um
ein Beispiel zu nennen: zur Korrektur von Presbyopie werden Mehrstärken- bzw.
Multifokallinsen eingesetzt, bei denen zwei oder mehr Bereiche unterschiedlicher
Brechkraft vor der Pupille des Kontaktlinsenträgers liegen. Der Pupillendurchmesser der
Personen beträgt
etwa fünf
Millimeter oder weniger. Die Herstellung von Kontaktlinsen, die
auf diesem Durchmesser Strukturen mit zwei oder mehr unterschiedlichen
Stärken
aufweisen, ist mit sowohl mit Drehmaschinen, als auch mit einer
Laser-Nachbearbeitung sehr aufwendig.
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Ein
Verfahren, bei dem von der Oberfläche einer Kontaktlinse mittels
eines Lasers Material abgetragen wird, ist aus der
US 4,194,814 bekannt. Mit dem Verfahren
wird eine Lasergravur in Form von Buchstaben, Zahlen oder anderen
Codes auf dem optischen nicht wirksamen Rand einer Kontaktlinse geformt,
um die jeweilige Kontaktlinse später
identifizieren zu können.
Dazu werden eine oder mehrere Masken in den Strahlengang eines Lasers
gebracht und über
eine Abbildungslinse scharf auf die Oberfläche der Kontaktlinse abgebildet.
Die
US 4,194,814 bezieht
sich jedoch ausschließlich
auf eine Lasergravur ohne Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften
der Kontaktlinse.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Verfügung
zu stellen, mit dem auf konstruktiv einfache Weise die Herstellung von
Kontaktlinsen mit feinen Oberflächenstrukturen ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für Kontaktlinsen
zeichnet sich durch einen Arbeitsschritt aus, bei dem während des
Laserabtrages eine Blende in einer Arbeitsposition im Laser-Strahlengang
nah vor der zu bearbeitenden Kontaktlinsenoberfläche positioniert wird. Diese
Blende begrenzt die Bereiche, auf denen die Laserstrahlung auf die
Oberfläche
der Kontaktlinse auftrifft. Dabei kann die Blende jede beliebige
Form haben. Je näher die
Arbeitsposition der Blende vor der Kontaktlinsenoberfläche liegt,
desto schärfer
sind die Abtragsprofile auf de Kontaktlinse. Die Schärfe der
Abtragsprofile ist also über
die Entfernung zwischen Blende und Kontaktlinse einstellbar. Ein
noch größerer Vorteil
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
liegt darin, dass feine Strukturen herstellbar sind, ohne dass der
Durchmesser des Laserstrahls zu sehr ver kleinert werden muss. Statt
dessen kann weiterhin mit einem relativ großen Laserspot und daher mit
einer großen
Bearbeitungsgeschwindigkeit gearbeitet werden.
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Der
Laserabtrag muss nicht unmittelbar im Laserfokus erfolgen. Statt
dessen kann der Abtragspunkt, an dem die Laserstrahlung auf die
Oberfläche des
Kontaktlinsen-Rohlings auftrifft, auch außerhalb des Laserfokus liegen,
d.h. davor oder dahinter. Am Abtragspunkt hat der Laserstrahl dann
einen größeren Durchmesser
als im Fokus. Daher kann mehr Material abgetragen werden, so dass
die Bearbeitungsgeschwindigkeit steigt. Vor allem hat sich jedoch
gezeigt, dass die Glätte
bzw. Qualität
der bearbeiteten Oberfläche deutlich
besser wird, wenn der Laserabtrag außerhalb des Laserfokus durchgeführt wird.
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Vorzugsweise
hat die Blende in ihrer Arbeitsposition einen Abstand von bis zu
15 Millimetern, insbesondere bis zu 10 mm, von der zu bearbeitenden Kontaktlinsenoberfläche. Dieser
Abstand kann jedoch auch größer sein.
Das von der Kontaktlinse abgetragene Material kann zwischen der
Kontaktlinsenoberfläche
und der Blende entfernt werden, ohne dass es sich als Debris auf
der Kontaktlinsenoberfläche
niederschlägt.
Denkbar wäre
es, dazu eine seitliche Luftströmung
vorzusehen, die das abgetragene Material mit sich führt.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, dass die Blende unmittelbar vor oder auf der zu bearbeitenden
Kontaktlinsenoberfläche
positioniert wird. Das abgetragene Material gelangt durch die Blende hindurch
auf deren Vorderseite und kann dort entfernt werden, ggf. ebenfalls
mittels einer seitlichen Luftströmung.
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In
einer vorteilhaften Variante hat das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
mindestens einen weiteren Arbeitsschritt, bei dem während eines Laserabtrages
eine andere als die erste Blende in der Arbeitsposition vor der
zu bearbeitenden Kontaktlinsenoberfläche positioniert wird. Denkbar
wäre es auch,
dass die Arbeitsposition der zweiten Blende leicht von derjenigen
der ersten Blende abweicht. Dieser weitere Arbeitsschritt vergrößert die
Vielfalt der mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzeugbaren
Oberflächenstrukturen,
da eine Vielzahl von Blenden mit unterschiedlichen Konturen kombiniert
werden können.
Aus einem Grundtyp eines Kontaktlinsen-Rohlings mit gleichmäßiger Brechkraft
können
Mehrstärken-Linsen
von sehr unterschiedlicher Form hergestellt werden.
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Ist
der Laser, mit dem das Abtragsverfahren durchgeführt wird, ein Pulslaser, so
wird der Laserabtrag üblicherweise
im sogenannten Flying-Spot-Verfahren durchgeführt. Dabei wird der Laserfokus
in einem vorbestimmten Muster über
die Kontaktlinsenoberfläche
geführt.
Die jeweilige Position, an der der Laserstrahl auf die Kontaktlinsenoberfläche auftrifft, wird über zwei
senkrecht zueinander schwenkbare Scannerspiegel eingestellt. Bei
diesem Flying-Spot-Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Blende
während
des Laserabtrages statisch gehalten wird. Da sich der Ort des Laserfokus
ständig ändert, wären ansonsten
ein hoher Rechenaufwand und eine sehr genaue Abstimmung zwischen
den Scannerspiegeln und der Blende notwendig. Bei einer statisch
gehaltenen Blende entfällt
der Aufwand.
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Alternativ
dazu wäre
es denkbar, einen Laserstrahl mit relativ weitem Strahldurchmesser
auf die Kontaktlinsenoberfläche
auftreffen zu lassen und nur diejenigen Bereiche abzudecken, an
denen kein Material von der Kontaktlinsenoberfläche abgetragen werden soll.
Wenn rotationssymmetrische Strukturen erzeugt werden sollen, beispielsweise
ein ringförmiger
Abtrag, so könnte
der Laserstrahl eine konstante Richtung beibehalten und die Blende
während
des Laserabtrages rotieren. Eine Blendenöffnung bewegt sich dann auf
einer Kreisbahn und ermöglicht
einen ringförmigen
Materialabtrag.
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Um
das beschriebene Nachbearbeitungs- bzw. Herstellungsverfahren durchführen zu
können, weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
nicht nur einen Laser und eine Positioniereinrichtung für einen Kontaktlinsen-Rohling,
sondern zudem mindestens eine Blende auf, die nah vor der zu bearbeitenden Kontaktlinsenoberfläche positionierbar
ist. Vorzugsweise ist zudem eine verfahrbare Halterung für die Blende
vorgesehen, wobei die Blende mittels der Halterung in ihre Arbeitsposition
fahrbar ist. Sind mehrere Blenden unterschiedlichen Designs vorgesehen,
so kann entweder jede Blende eine eigene Halterung haben, oder aber
es gibt eine gemeinsame Halterung, in der die Blenden nacheinander
eingesetzt werden.
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In
einer besonderen Ausführungsvariante hat
eine Blende nicht nur eine einzige Blendenöffnung, sondern mehrere Blendenöffnungen.
So kann auf mehreren, nicht zusammenhängenden Bereichen auf der Kontaktlinsenoberfläche Material
abgetragen werden.
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Um
ein präzises
Bearbeitungsergebnis zu gewährleisten,
sollten die Blenden von der Laserstrahlung möglichst wenig angegriffen werden.
Als besonders langlebig haben sich Blenden aus Metall erwiesen,
vorzugsweise aus dünnem
Stahlblech.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 eine
schematische Darstellung wichtiger Komponenten eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Blende,
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3 eine
Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Blende und
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4 eine
Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Blende.
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1 zeigt
schematisch einige wichtige Komponenten eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Nachbearbeiten vorgeformter Kontaktlinsen-Rohlinge 2 mit
dem Ziel, daraus fertige Kontaktlinsen herzustellen. Der Kontaktlinsen-Rohling 2 weist
eine vorgegebene, beispielsweise konstante Brechkraftverteilung
auf. Geeignet ist die Vorrichtung 1 für die Nachbearbeitung sowohl
harter, als auch weicher Kontaktlinsen. Handelt es sich um weiche
Kontaktlinsen, so können entweder
die noch nicht hydratisierten Kontaktlinsen-Rohlinge 2 bearbeitet
werden, oder es wird vor dem Laserabtrag eine wenigstens teilweise
Entsalzung des hydratisierten Kontaktlinsen-Rohlings 2 durchgeführt.
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Der
in 1 gezeigte Kontaktlinsen-Rohling 2, von
dessen Oberfläche 3 ein
Volumen 4 abgetragen werden soll, befindet sich in einer
Positioniereinrichtung 5. Die Positioniereinrichtung 5 weist
zwei etwa halbkreisförmige
Haltebacken 6 auf. An den einander zugewandten Seiten der
Haltebacken 6 ist eine Einkerbung 7 vorgesehen,
in der zumindest der äußere Rand 8 des
Kontaktlinsen-Rohlings 2 aufgenommen ist. Zum Einlegen
und Entnehmen eines Kontaktlinsen-Rohlings 2 in die Einkerbung 7 können die
beiden Haltebacken 6 voneinander entfernt werden. Dazu
ist zwischen ihnen beispielsweise ein Scharnier vorgesehen, oder
sie sind auf Schienen gelagert und linear voneinander wegbewegbar.
In der in 1 gezeigten Bearbeitungsstellung
umschließen
die Haltebacken 6 den Kontaktlinsen-Rohling 2 an
dessen Rand 8 und legen die Position des Rohlings 2 eindeutig
fest.
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Eine
weitere in 1 dargestellte Komponente der
Vorrichtung 1 ist ein Laser 20 zum Nachbearbeiten
der Kontaktlinsen-Oberfläche 3. Üblicherweise
handelt es sich dabei um einen UV-Laser, beispielsweise einen Excimer-Laser.
Der aus dem Laser 20 austretende Laserstrahl 21 wird über zwei
verstellbare Scannerspiegel 22 geführt, die um senkrecht zueinander
stehende Achsen verschwenkbar sind. Durch eine Bewegung der Scannerspiegel 22 kann der
von einer Fokussierlinse 23 fokussierte Laserstrahl 21 auf
beliebige Abtragspunkte 24 auf der Oberfläche 3 des
Kontaktlinsen-Rohlings 2 geführt werden. Der Abtrag des
Abtragsvolumens 4 findet hier noch vor dem Fokus des Laserstrahls 21 statt. Am
Abtragspunkt 24 ist der Laserstrahl 21 demnach breiter
als in seinem Fokus.
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In
einer Blendenhalterung 30 sind zwei Blenden 31, 32 aufgenommen.
Sie bestehen aus dünnem Stahlblech
und weisen jeweils Blendenöffnungen 33 auf.
Eine erste Blende 31 befindet sich in ihrer Arbeitsposition 34.
Dabei ist sie im Strahlengang des Laserstrahls 21 in einem
Abstand D vor der Oberfläche 3 des
Kontaktlinsen-Rohlings 2 angeordnet. In der Arbeitsposition 34 steht
die Blende 31 nahezu senkrecht zur Richtung des Laserstrahls 21.
Der Abstand D kann beispielsweise bis zu 10 mm betragen.
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Die
zweite Blende 32 befindet sich in ihrer Bereitschaftsposition 35 außerhalb
des Laser-Strahlengangs 21. Hinsichtlich ihrer Blendenöffnung 33 hat die
Blende 32 ein anderes Design als die Blende 31. Die
Blenden 31, 32 können ihre Position wechseln, indem
sich die Blendenhalterung 30 um 180° um eine Rotationsachse 36 dreht.
Nach dieser Drehung befindet sich die erste Blende 31 in
ihrer Bereitschaftsposition 35, während sich die zweite Blende 32 in
der Arbeitsposition 34 befindet.
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Während des
Laserabtrages begrenzen die Ränder 37 der
Blendenöffnungen 33 den
Bereich, in dem die Laserstrahlung 21 die Oberfläche 3 des
Kontaktlinsen-Rohlings 2 erreicht. Damit legen die Ränder 37 die
Konturen des Abtragsvolumens 4 fest. Bereiche außerhalb
der Konturen des Abtragsvolumens 4 werden durch die in
der Arbeitsposition 34 befindliche Blende 31 abgeschattet.
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Die 2 bis 4 zeigen
drei Ausführungsbeispiele
von Blenden 40, 41, 42, die sich in der Anordnung
und der Form ihrer Blendenöffnungen
unterscheiden. Nicht maßstäblich sind
mit strichlierten Kreisen der Rand 8 des Kontaktlinsen-Rohlings 2 und
der Rand 43 der optischen Zone 44 der Kontaktlinse
dargestellt. Die optische Zone 44 soll später zentral
vor der Pupille des Benutzers liegen und hat einen Durchmesser,
der etwa dem mittleren Pupillendurchmesser des Benutzers entspricht.
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Die
in 2 dargestellte Blende 40 hat eine einzige
Blendenöffnung 33 mit
einer etwa halbkreisförmigen
Kontur. Die Blendenöffnung 33 füllt etwa eine
Hälfte
der optischen Zone 44 aus.
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Befindet
sich die Blende 40 in der Arbeitsposition 34,
so kann von einem darunterliegenden Kontaktlinsen-Rohling 2 Material
abgetragen werden. Wie erwähnt,
sind die Konturen des Abtragsvolumens 4 durch den Rand 37 der
Blendenöffnung 33 begrenzt.
Unterhalb der Blendenöffnung 33 wird
nicht an jeder Stelle gleich viel Material vom Kontaktlinsen-Rohling 2 abgetragen,
sondern die Tiefe des Abtragsvolumens 4 variiert. Dadurch
erhält
der Kontaktlinsen-Rohling 2 in dem Gebiet unterhalb der
Blendenöffnung 33 eine
andere Oberflächenkrümmung und
somit eine veränderte
Brechkraft. Die fertige Kontaktlinse hat also später mindestens zwei Stärken: die
vorgegebene, ursprüngliche
Stärke
und die durch das Abtragsvolumen 4 definierte, veränderte Stärke. Das
Ergebnis ist eine Bifokal- oder eine Multifokallinse.
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Schart
abfallende Kanten auf der Kontaktlinse sind unerwünscht, da
sie die optische Qualität
der Kontaktlinse verschlechtern können. Der Materialabtrag wird
daher vorzugsweise so durchgeführt,
dass an dem zum Zentrum der optischen Zone 44 weisenden,
inneren Rand 37a der Blendenöffnung 33 nur wenig
Material abgetragen wird, während
die Abtragstiefe des Abtragsvolumens 4 am äußeren Rand 37b größer ist.
Die Oberflächenkrümmung der
Kontaktlinse wird durch diese Form des Abtragsvolumens 4 vergrößert, so
dass die Brechkraft der Kontaktlinse auf dem nachbearbeiteten Gebiet
größer ist
als auf dem restlichen, nicht nachbearbeiteten Gebiet. Zu diesem
Zweck wird der Laserfokus 24 mittels der Scannerspiegel 22 häufiger an
den äußeren Rand 37b als
an den inneren Rand 37a der Blendenöffnung 33 gelenkt.
Die fertige Kontaktlinse hat später beispielsweise
zwei sphärisch
gekrümmte
Bereiche: den nicht nachbearbeiteten Bereich und den nachbearbeiteten
Bereich. Die Krümmungen
der beiden Sphären
sind unterschiedlich. Die beiden Sphären stoßen jedoch etwa im Zentrum
der Kontaktlinse ohne Versatz aneinander.
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Die
in 3 gezeigte Blende 41 weist sieben Blendenöffnungen
auf: eine zentrale Blendenöffnung 45 und
sechs auf einem Kreis verteilte Blendenöffnungen 46. Alle
Blendenöffnungen 45, 46 befinden sich über der
optischen Zone 44 des Kontaktlinsen-Rohlings 2 und sind etwa kreisförmig ausgebildet.
Der Abtrag auf der Oberfläche 3 des Kontaktlinsen-Rohlings 2 erfolgt
in der Mitte der optischen Zone 44 und in sechs Sektoren
an deren Rand.
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Nachteilig
an der Form der Blende 41 kann sein, dass der Laserstrahl 21 bei
einem über
die gesamte optische Zone 44 berechneten „Abtragsweg" sehr häufig über die
zentrale Blendenöffnung 45 geführt wird,
so dass darunter ein vergleichsweise tiefer Materialabtrag mit steilen
Kanten entsteht. Dieser Nachteil kann mit der in 4 gezeigten
Blende 42 vermieden werden. Diese Blende 42 hat
keine zentrale Blendenöffnung 45,
sondern nur die sechs am Rand der optischen Zone 44 verteilten
Blendenöffnungen 46.
Zunächst
wird auch hier der „Abtragsweg" des Laserstrahls 21,
d.h. die Abfolge der Arbeitspunkte 24, über eine alle Blendenöffnungen 46 einschließende Fläche berechnet
und durchgeführt, d.h.
hier über
die gesamte optische Zone 44. Während des Abtrages befindet
sich die Blende 42 in ihrer Arbeitsposition 34.
Anschließend
kann eine andere Blende 31 in die Arbeitsposition 34 gebracht
werden, die ausschließlich
eine zentrale Blendenöffnung 33 aufweist.
Für sie
wird ein neuer „Abtragsweg" des Laserstrahls 21 berechnet,
der jetzt nur noch die Fläche der
einen zentralen Blendenöffnung 33 berücksichtigen
muss. Nachdem der Laserabtrag unter dieser zweiten Blende 31 durchgeführt wurde,
hat das resultierende Abtragsvolumen 4 eine Kontur und
refraktive Wirkung, die demjenigen der Blende 41 entspricht, ohne
dass jedoch der Materialabtrag im Zentrum des optischen Bereiches 44 zu
tief wäre.
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Ausgehend
von den dargestellten Ausführungsbeispielen
können
das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf vielfache
Art und Weise abgeändert
werden. Selbstverständlich
sind eine Vielzahl anderer Blendenformen hinsichtlich der Konturen,
der Größe und der
Anordnungen ihrer Blendenöffnungen 33 denkbar.
Die Blendenöffnungen 33 könnten sich
auch über
den Rand der optischen Zone 44 hinaus erstrecken, um die
Entstehung von Kanten auf der optischen Zone 44 zu verhindern. – Der Rand
des Abtragsvolumens 4 könnte
geglättet
werden, indem alle Blenden 31, 32 aus der Arbeitsposition 34 entfernt
werden und der Laserstrahl 31 dann mittels der Scannerspiegel 22 über den
Rand des Abtragsvolumens 4 geführt wird. Auf diese Weise werden
scharte Übergänge zwischen
den Bereichen unterschiedlicher Brechkraft vermieden. Sollen hydratisierte,
weiche Kontaktlinsen-Rohlinge 2 nachbearbeitet werden,
so könnte die
Vorrichtung 1 zudem eine Entsalzungs-Einrichtung zum wenigstens
teilweisen Entsalzen der Kontaktlinsen-Rohlinge 2 aufweisen.