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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ablationsvorrichtung zum Ablatieren
bzw. Abschmelzen und Entfernen eines konvexen Teils auf einer rauhen Oberfläche eines
Objektes, und insbesondere eine Ablationsvorrichtung, die geeignet
ist, Unebenheiten bzw. Rauhigkeiten auf der Oberfläche einer
Kornea zu korregieren, indem selektiv lediglich der konvexe Teil
auf der Oberfläche
der Kornea entfernt wird, welche einen unregelmäßigen Astigmatismus oder dergleichen
aufweist. Eine derartige Ablations vorrichtung ist z.B. aus der
US 5470929 bekannt.
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Kürzlich ist
allgemein bekannt geworden, daß eine
PRK (Photobrechende Exzession der Hornhaut; "Photorefractive Keratectomy") dazu herangezogen
wird, eine Ametropie bzw. Fehlsichtigkeit des Auges zu korrigieren,
indem die Oberfläche
der Kornea mit einem Laserstrahl ablatiert und somit die Krümmung des
Auges verändert
wird, und eine PTK (Phototherapeutische Exzession der Hornhaut; "Phototheraputic Keratectomy") dafür verwendet
wird, eine Entzündung
auf der Oberfläche
der Kornea zu entfernen, indem mit einem Laserstrahl ablatiert wird. Die
Ablation bzw. Abtragung durch den Laserstrahl, um die PRK und PTK
auszuführen,
wurde anhand der folgenden drei Methoden durchgeführt.
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Die
erste Methode besteht darin, ein vorbestimmtes Gebiet mithilfe eines
Laserstrahls mit einem großen
Bereich vollständig
auf einmal zu ablatieren. Die zweite Methode besteht darin, ein
vorbestimmtes Gebiet zu ablatieren, indem ein rechteckförmiger Laserstrahl
bewegt bzw. verfahren wird. Und die dritte Methode darin besteht,
ein vorbestimmtes Gebiet zu ablatieren, indem man mit einem schmalen
Spot zweidimensional abtastet.
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Allerdings
ist die menschliche Kornea nicht immer gleich einer kugelförmigen Oberfläche oder
einer torischen bzw. wulstförmigen
Oberfläche,
sondern die Oberfläche
der Kornea erscheint teilweise uneben bzw. rauh aufgrund des unregelmäßigen Astigatismus
und dergleichen. Falls jedoch versucht wird, die Oberfläche der
Kornea einer kugelförmigen Oberfläche bzw.
einer torischen Oberfläche
durch Ablatieren mit einem Laserstrahl gleichzumachen, entstehen
derartige Nachteile, welche vielmehr Zeit in Anspruch nehmen. Diese
Nachteile entstehen insbesondere im Fall der ersten Methode, die
einen Strahl mit einem großen
Bereich verwendet, oder der zweiten Methode, die den rechteckigen
Laserstrahl bewegt, da jeder konvexe Teil nacheinander auf eine Art
entfernt werden muß,
bei der der Bestrahlungsbereich auf den konvexen Teil anpaßt werden
muß.
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Demgegenüber können im
Fall der dritten Methode, bei der mit einem kleinen Spot abtastet wird,
verglichen mit der ersten und zweiten Methode die konvexen Teile
in einer kürzeren
Zeit entfernt werden und das Entfernen durch Abtasten und durch
selektives Ablatieren lediglich des konvexen Teils durchgeführt werden.
Wenn allerdings viele konvexe Teile, die ablatiert werden sollen,
vorhanden sind, entstehen ebenso Nachteile, die relativ viel Zeit
benötigen.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Ablationsvorrichtung
zu schaffen, die die Fähigkeit
besitzt, einen konvexen Teil auf der rauhen Oberfläche effizient
in einer kurzen Zeit zu entfernen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Lagenstand des Anspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungsformen sind durch die Unteransprüche definiert.
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Erfindungsgemäß ermöglicht die
Vorrichtung – wie
oben beschrieben – das
Ablatieren von konvexen Teilen auf einer rauhen Oberfläche eines
Objektes effizient in einer kurzen Zeit.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, stellen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung
dazu, die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Gemäß der Zeichnung
zeigt bzw. zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das eine schematische Anordnung des optischen Systems
und einen schematischen Aufbau des Steuerungssystems der bevorzugten
Ausführungsform
zeigt;
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2 eine Übersicht,
die eine typische Form eines Excimer-Laserstrahls zeigt;
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3(a) und 3(b) Ansichten
zur Erläuterung
einer Gestaltungsform und eines Öffnungs- und
Schließmechanismus
für die
unterteilten Masken;
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4(a) und 4(b) Ansichten
zur Erläuterung
weiterer Öffnungs-
und Schließmechanismen für unterteilte
Masken;
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5 eine
Ansicht, die eine Kornea mit konvexen Teilen darstellt, um eine
Arbeitsweise zu beschreiben, welche selektiv lediglich konvexe Teile
der Kornea entfernt;
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6(a) bis 6(f) Ansichten
zur Erläuterung
eines Ablationsvorganges, mit dem die konvexen Teile der in 5 gezeigten
Kornea ablatiert werden.
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Eine
ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung einer Ablationsvorrichtung,
die die vorliegende Erfindung enthält, wird unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen im folgenden beschrieben. 1 ist ein
Blockdiagramm, welches eine schematische Anordnung eines optischen
Systems und einen schematischen Aufbau eines Steuerungssytems einer
bevorzugten Ausgestaltung zeigt.
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Mit
1 ist eine Laserstrahlquelle gekennzeichnet, wobei in der bevorzugten
Ausgestaltung eine Excimerlaserquelle mit einer Wellenlänge von
193 nm verwendet wird. Der Excimerlaserstrahl, welcher von der Laserstrahlquelle 1 ausgesendet
wird, ist eine Pulswelle. Unter Bezugnahme auf 2,
welche die typische Form der Laserstrahlquelle zeigt, weist die Intensitätsverteilung
eine nahezu gleichförmige
Verteilung F(W) in horizontaler Richtung (X-Achsen-Richtung) und
eine Gauß-Verteilung
F(H) in der vertikalen Richtung (Y-Achsen-Richtung) auf. Ebenso
ist der Querschnitt der Laserstrahlquelle auf einer Normalfläche relativ
zu einer optischen Achse projeziert von schlanker rechteckiger Form.
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Der
Laserstrahl, der von der Laserstrahlquelle 1 ausgesendet
wird, wird in eine gewünschte Rechteckform
durch eine Strahlformeinheit, beispielsweise einer Aufweitungslinse
oder dergleichen je nach angeforderter Gegebenheit gebildet.
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Mit
dem Bezugszeichen 2 ist ein Planspiegel gekennzeichnet,
um den Laserstrahl um 90° nach oben
umzuleiten, welcher von der Laserstrahlquelle 1 in einer
horizontalen Richtung ausgesendet wird. Mit dem Bezugszeichen 3 ist
eine unterteilte Maske gekennzeichnet, um den Laserstrahl in horizontaler Richtung
(X-Achsen-Richtung) zu unterteilen und den unterteilten Laserstrahl
teilweise zu unterbrechen, wobei die zu unterbrechenden Teile selektiv durch
eine Antriebeinheit 4 für
die unterteilte Maske geändert
werden. Wird die unterteilte Maske 3 aus der Sicht der
Laserstrahlquelle betrachtet, so entsteht – wie in 3(a) gezeigt – eine
Gestaltungsform, bei der viele streifenförmige Masken angeordnet sind,
wobei durch ein entsprechendes Öffnen
und Schließen
dieser streifenförmigen
Masken die langseitige Richtung des schlanken Rechtecklaserstrahls
teilweise abgetrennt bzw. abgeschirmt werden kann. Hinsichtlich
des Öffnens
oder des Schließens
jeder streifenförmigen
Maske wird – wie
in 3(b) gezeigt – jede streifenförmige Maske
durch den Rotationsmechanismus gedreht, so daß die unterbrechenden Teile
selektiv geändert
werden können.
Das bedeutet, der Laserstrahl, der durch die unterteilte Maske hindurchtritt,
enthält
eine derartige Form, indem die Verschlußteile der Maske teilweise durch
das Öffnen
und Schließen
jeder streifenförmigen
Maske selektiv schließen.
Ferner werden die Öffnungs-
und Schließvorgänge für die streifenförmigen Masken
durch Drehen derselben sowie durch Verschieben der Maske in einer
zu dem Laserstrahl vertikalen Richtung – wie in 4(a) und 4(b) gezeigt – vorgenommen.
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Der
Laserstrahl, der durch die unterteilte Maske 3 hindurchtritt,
wird in horizontaler Richtung durch einen Planspiegel 5 ge-
bzw. verändert.
Der Planspiegel 5 kann in einer vertikalen Richtung (die Richtung,
welche durch einen Pfeil gekennzeichnet ist) durch die Spiegelantriebseinheit 6 bewegt
werden, wobei der Laserstrahl parallel zur Richtung der Gauß-Verteilung
zum gleichmäßigen Entfernen
eines Objekts bewegt wird.
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Mit
Bezugszeichen 7 ist ein Bildrotator bezeichnet, welcher
derart angetrieben wird, um um eine optische Achse L durch eine
Bildrotationsantriebsvorrichtung 8 gedreht zu werden, damit
der Laserstrahl um die optische Achse gedreht wird. Mit Bezugszeichen 9 ist
eine variable bzw. einstellbare Kreisöffnung bezeichnet, mit der
der Ablationsbereich eingeschränkt
wird, wobei der Öffnungsdurchmesser
der Öffnung 9 durch
eine Öffnungsantriebseinrichtung 10 variiert
wird. Mit Bezugszeichen 11 ist eine Projektionslinse bezeichnet,
die für
die Projektion der Öffnung 9 auf
eine Kornea 13 eines Auges eines Patienten verwendet wird.
Soweit die Öffnung 9 und
die Kornea 13 in einer konjungierten Abstandsbeziehung
relativ zu der Projektionslinse 11 sind, wird der Bereich,
der durch die Öffnung 9 eingeschränkt ist,
auf die Kornea 13 fokussiert, wodurch der Ablationsbereich
eingeschränkt
wird.
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Mit
Bezugszeichen 12 ist ein dichroitischer Spiegel bezeichnet,
der die Eigenschaft zum Durchlassen von sichtbarem Licht hat, während der
Excimerlaserstrahl von 193 nm reflektiert wird, und der Laserstrahl
durch die Projektionslinse 11 um 90° mittels des dichroitischen
Spiegels 12 umgelenkt wird, so daß er auf die Kornea 13 des
Auges des Patienten geführt
wird.
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Während der
Behandlung wird das Auge des Patienten vorab so positioniert, daß es an
einer vorgegebenen Stelle lagefixiert ist (da eine Positionierungseinheit
weniger zur Erfindung gehört,
werden weitere Details erspart).
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Mit
dem Bezugszeichen 14 ist ein optisches System zur Beobachtung
gezeigt, welches ein chirurgisches binokulares Mikroskop enthält und welches vorzugsweise
oberhalb des dichroitischen Spiegels 12 positioniert ist.
Hinsichtlich des binokularen optischen Systems zur Beobachtung können herkömmliche
Arten verwendet werden, so daß die
Beschreibung hierin weggelassen werden kann, da die Konstruktion
nicht die Erfindung betrifft.
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Mit
dem Bezugszeichen 20 ist eine Steuerungseinheit bezeichnet,
die alle Vorrichtungen einschließlich der Laserquelle 1,
die Antriebsvorrichtung 4 für die unterteilten Masken,
die Spiegelantriebsvorrichtung 6, die Bildrotationsantriebsvorrichtung 8,
die Öffnungsantriebsvorrichtung 10 und
dergleichen steuert. Mit Bezugszeichen 21 ist eine Dateneingabevorrichtung
bezeichnet, die zur Eingabe von Daten des die Kornea betreffenden
Form des Patientenauges und dergleichen verwendt wird.
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Bezüglich der
Apparatur mit obengenanntem Aufbau wird im nachfolgenden die Arbeitsweise
beschrieben.
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Zuerst
wird die Korrektur der Brechung unter Verwendung des Laserstrahles
deutlich beschrieben. Die Kornea des Auges eines Patienten wird
bezüglich
der Vorrichtung in einer vorgegebenen Stellung gehalten. Der Ablationsbereich
und dessen Form werden in Erwiderung auf die Programme festgelegt, die
in der Steuerungseinheit 20 abgespeichert sind und auf
Daten zurückgehen,
beispielsweise der Brechkraft und dergleichen, welche vorab mittels
der Dateneingabevorrichtung 21 eingegeben wurden, womit
die Betriebsweise der Vorrichtung kontrolliert wird. Im Fall der
Korrektur der Brechung sind alle Masken der unterteilten bzw. der
unterteilbaren Maske 3 zur Benutzung so vorbereitet, um
freigegeben werden zu können.
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Im
Fall der Korrektur der Myopie bzw. Kurzsichtigkeit, wird der Laserstrahl
durch eine Öffnung 9 eingeschränkt, und
dann wird der Laserstrahl in Richtung der Gauß-Verteilung bewegt, indem
der Planspiegel 5 dementsprechend bewegt wird. Jedesmal dann,
wenn der Laserstrahl aufgehört
hat, sich von einem Rand zum anderen Rand der Fläche zu bewegen, wird die Bewegungsrichtung
des Laserstrahls durch den Bildrotator 7 gedreht, um die
konvexen Teile zu entfernen, so daß die Kornea eine gleichförmige und
kreisförmige
Gestalt hat. Durch eine entsprechende Variation der Größe der Öffnung 9 wird
der Mittelteil der Kornea tiefer ablatiert, wohingegen deren Umfangsabschnitt
flacher ablatiert wird. Damit wird die Korrektur einer Myopie bzw.
Kurzsichtigkeit durchgeführt.
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Im
Fall der Korrektur einer Hypermetropie bzw. Übersichtigkeit wird erstens
der Durchmesser der Öffnung 9 fixiert,
um den Ablationsbereich einzuschränken. Der Laserstrahl wird
dann verschoben, indem der Planspiegel 5 relativ zur optischen
Achse L bewegt wird, wobei die Ablation durch Drehung des Bildrotators 9 mehrfach
wiederholt wird, so daß die Kornea
so ablatiert wird, daß sie
eine Ringgestalt aufweist bzw. ringförmig ist. Falls die Anzahl
der Bestrahlungsimpulse (Bestrahlungszeit) als Reaktion der Verschiebung
aufgrund der nacheinanderfolgenden Bewegung zwischen der optischen
Achse L und dem Laserstrahl erhöht
werden muß,
wird die Ablation dann derart ausgeführt, daß der Mittelteil flacher und
der Umfangsabschnitt tiefer sein kann, um damit die Korrektur der
Hypermetropie durchzuführen.
Die Steuerung einer Korrekturspannung geht einher mit der Änderung
der Gesamtzahl der Strahlungspulse, ohne daß dabei das Verhältnis der
Anzahl der Strahlungspulse (Strahlungszeit) an jeder Position des
Laserstrahls geändert
wird, welcher von der optischen Achse L durch eine Bewegung des
Planspiegels 5 verschoben wird.
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Als
nächstes
wird nachfolgend die Arbeitsweise beschrieben, mit der selektiv
lediglich die konvexen Teile der Kornea entfernt werden, die einen
unregelmäßigen Astigmatismus
und dergleichen aufweist.
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Zu
Anfang wird davon ausgegangen, daß die Kornea 13 mit
konvexen Teilen, welche durch schräg verlaufende Linien in 5 gezeigt
sind, so ablatiert wird, daß die
konvexen Teile entfernt werden und eine sphärische Oberfläche verbleibt.
Vorerst werden die Daten der Oberflächengestalt der zu ablatierenden
Kornea 13 anhand der Dateneingabevorrichtung 21 eingegeben.
Die Steuerungseinheit 20 vollzieht die Ablation aufgrund
der Daten der Oberflächenform,
indem die Stellung des Spiegels 5, in die er bewegt wurde,
und der Öffnungs-
und Schließmechanismus
für die
streifenförmige
Maske der unterteilten Maske 3 gesteuert wird. Obwohl der
Spiegel 5 unter der Bedingung bewegt wird, daß er mit
dem Laserpuls synchronisiert ist, wird um die Beschreibung deutlich
zu machen, der Planspiegel jedesmal bewegt, wenn ein Schuß durchgeführt ist.
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Bevor
der erste Schuß vorgenommen
wird, wird der Spiegel 5 an dem Rand der Kornea positioniert.
Die projizierte Position des Laserstrahls auf dem Planspiegel 5 ist
am Rand der Kornea, welche durch die in 6a gezeigte
gestri chelte Linien gekennzeichnet ist. Da jedoch in dieser Position
keine konvexen, zu ablatierenden Teile vorhanden sind, sind alle
streifenförmigen
Masken der unterteilten Maske 3 durch die Steuerungseinheit 20 geschlossen
gehalten. Der durch die Laserstrahlquelle 1 ausgesendete
Laserstrahl wird vollständig
durch die unterteilte Maske 3 abgeschnitten, so daß die Kornea 13 nicht
ablatiert wird.
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Bevor
der zweite Schuß durchgeführt wird, wird
der Planspiegel 5 unter der mit dem Laserpuls synchronisierten
Bedingung bewegt, wobei der Planspiegel 5 über eine
konstante Distanz durch die Steuerungseinheit 20 bewegt
wird. Da die projizierte Position des Laserstrahls an der in 6 gezeigten Stellung ist und ebenso keine
zu ablatierenden Teile vorhanden sind, verbleibt die gesamte unterteilte Maske 3 geschlossen.
Der Laserstrahl wird vollständig
abgeschnitten und die Kornea 13 wird ebenso nicht ablatiert.
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Bevor
der dritte Schuß durchgeführt wird, wird
der Spiegel über
eine konstante Distanz in ähnlicher
Weise bewegt. Die projizierte Position des Laserstrahls liegt gemäß der gestrichelten
Linie, wie in 6(c) gezeigt, vor. Da der zu
ablatierende, konvexe Teil an dieser Position vorhanden ist, wird
die Antriebseinheit 4 der unterteilten Maske in Betrieb
genommen und durch die Steuerungseinheit 20 aufgrund der
Daten von der Gestalt der konvexen Teile gesteuert, wodurch die
streifenförmigen
Teile der unterteilten Maske 3, welche den konvexen Teilen
entsprechen, selektiv geöffnet
werden. Der Laserstrahl wird durch den geöffneten Teil der Maske auf
die Kornea 13 gestrahlt, so daß die konvexen Teile, welche durch
die schräg
verlaufenden Linien in 6c gekennzeichnet sind, ablatiert
werden können.
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Bevor
der vierte Schuß durchgeführt wird, wird
die projizierte Position des Laserstrahls durch die Bewegung des Planspiegels 5 auf
eine wie durch die gestrichelten Linien in 6(d) gekennzeichnete Stellung
positioniert, wobei dann die Maskenteile der unterteilten Maske 3,
welche den konvexen Teilen entsprechen, geöffnet werden, so daß der mit
Querlinien gekennzeichnete Teil der Kornea 13 ablatiert wird.
Bevor der fünfte
Schuß auf
gleiche Weise durchgeführt
wird, wird der mit schräg
verlaufenden Linien in 6(e) gekennzeichnete
Korneateil durch die Bewegung des Spiegels 5 und durch
den Öffnungs-
und Schließvorgang
bezüglich
der Maskenteile der unterteilten Maske 3, die dem konvexen
Teil entsprechen, ablatiert.
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Wenn
diese Schritte bis zum in 6f gezeigten,
n-ten Schuß wiederholt
werden, wurde der Laserstrahl durch den Planspiegel 5 zum
anderen Rand auf der gegenüberliegenden
Seite bewegt, so daß die
Ablation über
die gesamte Fläche
vervollständigt
wurde.
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Wie
oben beschrieben ist, wird die Laserbestrahlung aufgrund der Daten
der Gestaltungsform des konvexen Teils der Kornea 13 durchgeführt, indem
die Bewegung des Laserstrahls durch den Planspiegel 5 und
den Öffnungs-
und Schließvorgang
für jede
streifenförmige
Maske der unterteilten Maske 3 gesteuert wird, und ebenso
wird, falls es bis zu der Position, welche durch die schräg verlaufenden
in 5 gezeigten Linien gekennzeichnet sind, wiederholt
wird und aufgrund der Höhenangaben
des konvexen Teils entfernt wird, dann der durch schräg verlaufende
Linien gekennzeichnete Teil entfernt, wobei dann die Kornea 13 als
sphärische
Oberfläche
ausgebildet ist.
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Da
die Ablationstiefe an einer bestimmten Stelle aufgrund des Verhältnisses
zwischen der Intensität
des Laserstrahls pro Puls und der Anzahl der Bestrahlungspulse tatsächlich herausgefunden
und festgelegt wird, wird der Öffnungs-
und Schließvorgang
für jede
streifenförmige
Maske an der Stelle des Laserstrahls, an die er bewegt wurde, in Übereinstimmung
mit diesem Verhältnis
festgelegt.
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Die
Erfindung beschreibt eine Ablationsvorrichtung zum effizienten Entfernen
eines lediglich konvexen Teils auf einer rauben Oberfläche innerhalb
kurzer Zeit, bei der vorgesehen ist ein optisches System zum Aussenden
von Licht, um einen Laserstrahl auf ein zu ablatierendes Objekt
von einer Laserstrahlquelle auszusenden, wobei der Laserstrahl eine
flache rechteckige Form aufweist, eine Strahlbewegungseinheit zum
Bewegen des Laserstrahls in eine Richtung, die die optische Achse
des optischen Systems zum Aussenden von Licht schneidet, eine Unterteilungs-
und Abschirmeinheit zum selektiven Unterteilen einer langseitigen
Richtung bzw. Seite des Laserstrahls, dessen Querschnitt eine rechteckige
Gestalt ist, und zum selektiven Abschirmen derselben, eine Dateneingabeeinheit
zur Eingabe von Daten, die sich auf einen Ablationsbereich des Objektes
beziehen, und eine Steuerungseinheit zum Steuern des Zustandes,
welcher durch das Abschirmen aufgrund der Unterteilungs- bzw. Ab schirmeinheit
an entsprechende Stellen des Laserstrahls hervorgerufen wird, welcher
wiederum durch die Strahlbewegungseinheit aufgrund der eingegebenen
Daten bewegt wird, die unter Verwendung der Dateneingabeeinheit
eingegeben wurden, wobei die konvexen Teile des Objektes, dessen
Oberfläche
rauh ist, von dem Laserstrahl durch die Unterteilungs- und Abschirmeinheit
und der Strahlbewegungseinheit ablatiert wird.