Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems, Blendenanordnung und Laserbearbeitungssystem
Die beanspruchten Ausführungsformen betreffen Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems, eine Blendenanordnung und ein Laserbearbeitungssystem insbesondere zur ophthalmischen Chirurgie eines Auges. Die Ausführungsformen liegen somit auf dem Gebiet der Laserbearbei tungssysteme für die ophthalmische Chirurgie.
Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges sind häufig auf eine mangelhafte re- fraktive Wirkung des Auges zurückzuführen. Beispielsweise können diese durch Hornhautverkrümmungen bedingt sein. Die Ursachen der Fehlsichtigkeiten kön nen in vielen Fällen mittels ophthalmischer bzw. refraktiver Chirurgie beseitigt oder reduziert werden. Zur Durchführung einer solchen refraktiven chirurgischen Be handlung, wie beispielsweise einer refraktiven Hornhautchirurgie, werden meist Excimerlaser verwendet, mittels welchen Material von der zu korrigierenden Horn haut abgetragen wird, um die Hornhaut mit der gewünschten refraktiven Wirkung zu versehen. Es versteht sich, dass die Korrektur der refraktiven Wrkung sehr präzise erfolgen muss, um ein zufriedenstellendes Behandlungsergebnis zu erzie len, bei welchem die Korrektur die gewünschte refraktive Wirkung erzielt.
Um die erforderliche Präzision beim Materialabtrag von der Hornhaut mittels eines Laserstrahls eines Excimerlasers zu erzielen, sowie aus regulatorischen Gründen, besteht die Notwendigkeit einer regelmäßigen Charakterisierung bzw. Überprü fung des tatsächlichen Materialabtrags, der mit dem Laserstrahl bewirkt wird. Der Laserstrahl liegt zumeist in gepulster Form vor, sodass der Materialabtrag durch den Laserstrahl typischerweise als Materialabtrag pro Laserpuls bzw. „Schuss“ oder für eine vorbestimmte Pulsfolge bzw. Schussfolge (Laserpulsanzahl) ermittelt wird. Im Falle kontinuierlich arbeitender Laser wird der Materialabtrag pro Bestrah lungsdauer ermittelt.
Eine solche Charakterisierung des Materialabtrags wird häufig auch als „Fluence- Test“ bezeichnet, da die „Fluence“ bzw. Fluenz, als Verhältnis zwischen Laserpul senergie und effektivem Laserspotdurchmesser, für den Materialabtrag meist die wichtigste Kenngröße ist, wenn das Material das Laserlicht stark absorbiert, wie
das beispielsweise beim UV Licht der Excimerlaser in Kunstoffen oder biologi schen Geweben der Fall ist.
Im Stand der Technik sind diverse Excimerlaser-Systeme zur refraktiven Horn hautkorrektur bekannt, wie etwa die als MEL 80 und MEL 90 bezeichneten Syste me der Anmelderin. Bei diesen und auch bei anderen Systemen kann die Über prüfung des Materialabtrags regelmäßig mittels sogenannter Fluencepapiere vor genommen werden, welche typischerweise aus gefärbtem Karton bestehen, auf die eine metallbeschichtete Kunststofffolie bekannter Dicke aufgeklebt ist. Zur Überprüfung des Materialabtrags wird dabei das Fluencepapier mit einem vorbe stimmten Schussmuster beaufschlagt, wobei verschiedene Prüfstellen auf dem Fluencepapier mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Pulsen bzw. Schüssen, d.h. mit bestimmten Schusszahlverhältnissen, beaufschlagt werden. Mit bloßem Auge wird sodann der dadurch hervorgerufene Materialabtrag auf den jeweiligen Prüfstellen des Fluencepapiers überprüft, wobei für manche vorbestimmte Schussfolgen in bzw. an den Prüfstellen die metallbeschichtete Kunststofffolie noch erhalten bleibt, während sie in Prüfstellen von anderen Schussfolgen, bei spielsweise mit höherer Schusszahl, die einem Fluss von +4% entsprechen, teil weise abgetragen wurde. Bei jenen Prüfstellen, in denen die metallbeschichtete Kunststofffolie zumindest teilweise abgetragen wurde, ist zumindest teilweise der unter der ursprünglich aufgebrachten metallischen Kunststofffolie angeordnete ge färbte Karton sichtbar. Die Überprüfung erfolgt sodann durch den Bediener mit bloßem Auge.
Eine alternative Methode zur Charakterisierung des Laserstrahls besteht darin, mittels des Excimerlasers ein Linsenprofil in ein Substrat aus PMMA zu arbeiten, indem mittels des Excimerlasers entsprechend Material von dem PMMA Substrat abgetragen wird. Anschließend erfolgt eine aufwendige Vermessung des bearbei teten PMMA Substrats, bei welcher die tatsächliche refraktive Wirkung des bear beiteten PMMA Substrats bzw. dessen Linsenform gemessen wird und mit dem entsprechenden, vorbestimmten Sollwert verglichen wird. Anhand etwaiger Ab weichungen kann sodann auf die Wirkung der Bearbeitung geschlossen und der Laserstrahl charakterisiert werden. Dieses Verfahren benötigt jedoch spezielle Messgeräte und ein hohes Maß an Aufwand, sodass eine regelmäßige Überprü fung des Laserstrahls mit einem derartigen Verfahren auf täglicher Basis wirt schaftlich nicht sinnvoll oder möglich ist. Auch erfordert die Durchführung eines solchen Verfahrens ein hohes Maß an technischer Expertise und ist aus diesem
Grund oft besonders geschultem Personal, wie etwa einem Service Techniker, überlassen und kann nicht ohne Weiteres von einem regulären Bediener durchge führt werden. Daher wird ein solches Verfahren typischerweise lediglich bei einer Erst-Kalibrierung, beispielsweise bei der Herstellung oder der ersten Inbetrieb nahme des Systems, vorgenommen.
Auch ist im Stand der Technik ein Verfahren zur Bestimmung der Abmessungen eines Laserstrahls bekannt, bei dem der Laserstrahl in einem Pfad über eine Refe renzkante gescannt wird, wie beispielsweise in der US 6,559,934 B1 beschrieben. Ferner beschreibt die US 2002/0198515A1 ein Verfahren, bei welchem für die Justage eines Lasersystems eine Struktur in einer Behandlungsebene verwendet wird, welche einen Schlitz oder eine Referenzkante für die Zwecke der Justage oder Kalibrierung aufweist. Zudem beschreibt die WO 01/87199 A2 eine Vorrich tung und ein Verfahren zur Messung der Energie und/oder Position eines gepuls ten Laserstrahls, bei welchem der Laserstrahl zeitweise auf einen Sensor gelenkt wird.
Im Falle von nicht sichtbaren Bearbeitungslasern, die beispielsweise im ultraviolet ten oder infraroten Spektralbereich emittieren, muss häufig ein zusätzlicher Ziella ser verwendet werden. Dieser Ziellaser muss im sichtbaren Spektralbereich emit tieren und aus Gründen der Lasersicherheit üblicherweise in der Arbeitsebene ei ne sehr viel geringere Intensität als der Bearbeitungslaser aufweisen. Dieser Ziel laser wird typischerweise mit dem Bearbeitungslaser in der Arbeitsebene hinrei chend gut räumlich überlagert, wobei diese räumliche Überlagerung aus Sicher heitsgründen regelmäßig zu überprüfen ist. Diese Überlagerung wird herkömmli cherweise häufig visuell durch den Arzt überprüft, indem beispielsweise auf Fluenzpapieren der Überlapp von mittels Bearbeitungslaser markierten Strukturen und dem Ziellaser untersucht wird.
Es ist daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wel che eine zuverlässige Charakterisierung bzw. Überprüfung eines Bearbeitungsla sers in der Arbeitsebene ermöglicht und die Möglichkeit der Automatisierung bie tet. Die Charakterisierung soll hierbei insbesondere die Fluenz und/oder räumliche Kalibrierung der Laserparameter in der Arbeitsebene umfassen.
Es ist ferner Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Überprüfung der Überlagerung von Bearbeitungslaser und Ziellaser ermöglicht und die Möglichkeit der Automatisierung bietet.
Diese Aufgabe wird durch die beschriebenen Ausführungsformen gelöst. Die Aus führungsformen betreffen ein Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems, eine Blendenanordnung, ein Laserbearbei tungssystem mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche, eine Vorrichtung zur refraktiven Hornhautkorrektur, einen Excimerlaser und eine Vor richtung zur refraktiven Korrektur einer Hornhaut. Optionale Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Eine erste Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines La serstrahls eines Laserbearbeitungssystems. Das Verfahren umfasst a) ein Bereit stellen einer Blendenanordnung mit mehreren, d.h. mit zwei oder mehr, Blenden öffnungen in einer Arbeitsebene des Laserbearbeitungssystems derart, dass sich die Blendenöffnungen innerhalb der Arbeitsebene erstrecken. Ferner umfasst das Verfahren b) ein Scannen des Laserstrahls entlang einer Scanrichtung parallel zur Arbeitsebene über die Blendenanordnung derart, dass der Laserstrahl nacheinan der mindestens zwei der Blendenöffnungen zumindest teilweise überstreicht. Zu dem umfasst das Verfahren c) ein Ermitteln einer während des Scanvorgangs durch die Blendenöffnungen jeweils transmittierten Energie des Laserstrahls und d) ein Bestimmen einer Ausdehnung des Laserstrahls entlang der Scanrichtung anhand der ermittelten durch eine erste Blendenöffnung der mehreren Blenden öffnungen transmittierten Energie des Laserstrahls und ein Bestimmen eines Energieparameters des Laserstrahls anhand der ermittelten durch eine zweite Blendenöffnung der mehreren Blendenöffnungen transmittierten Energie des La serstrahls. Dabei weist die erste Blendenöffnung eine vorbestimmte Ausdehnung entlang der Scanrichtung auf, die kleiner als der mittlere Durchmesser des Laser strahls in der Arbeitsebene ist. Außerdem weist die zweite Blendenöffnung eine Ausdehnung in der Arbeitsebene auf, die größer als der Laserstrahl in der Arbeits ebene ist und dazu ausgelegt ist, den Laserstrahl im Wesentlichen vollständig zu transmittieren. Das Überstreichen der Blendenöffnungen durch den Laserstahl er folgt optional derart, dass zu jedem Zeitpunkt höchstens eine der Blendenöffnung durch den überstrichen wird, nicht aber mehrere Blendenöffnungen gleichzeitig durch den Laserstrahl überstrichen werden.
Eine weitere Ausführungsform betriff eine Blendenanordnung für die Charakteri sierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems, wobei die Blendena nordnung in einer Arbeitsebene des Laserbearbeitungssystems anordenbar ist und eine Blende mit mehreren Blendenöffnungen umfasst. Dabei umfasst die Blendenanordnung eine erste Blendenöffnung der mehreren Blendenöffnungen, welche eine vorbestimmte Ausdehnung entlang einer Scanrichtung des Laser strahls aufweist, die kleiner als der mittlere Durchmesser des zu überprüfenden Laserstrahls in der Arbeitsebene ist, sowie eine zweite Blendenöffnung der mehre ren Blendenöffnungen, welche eine Ausdehnung aufweist, die größer als der zu überprüfende Laserstrahl ist und dazu ausgelegt ist, den Laserstrahl im Wesentli chen vollständig zu transmittieren. Außerdem umfasst die Blendenanordnung zu mindest einen Photodetektor, welcher derart angeordnet ist, dass zumindest ein in der Arbeitsebene durch die Blendenöffnungen transmittierter Teil des Laserstrahls mittels des Photodetektors detektierbar ist.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbei tung eines Objekts in einer Arbeitsebene mittels eines Laserstrahls. Das Laserbe arbeitungssystem umfasst eine Laserquelle zur Bereitstellung des Laserstrahls, eine Ablenkeinrichtung, mittels welcher der Laserstrahl innerhalb der Arbeitsebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls bewegbar ist und eine Blen denanordnung gemäß einer optionalen Ausführungsform. Die Blendenanordnung ist dabei zur Charakterisierung des Laserstrahls derart in dem Laserbearbeitungs system anordenbar, dass die Blendenöffnungen in der Arbeitsebene angeordnet sind.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems. Das Verfahren umfasst (a) ein Be reitstellen einer Blendenanordnung mit einer Blendenöffnung in einer Arbeitsebe ne des Laserbearbeitungssystems derart, dass sich die Blendenöffnung innerhalb der Arbeitsebene erstreckt, wobei die Blendenanordnung zumindest zwei in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegende und parallel verlaufende Öffnungskan ten aufweist, die die Blendenöffnung begrenzen, und die Blendenöffnung größer als der Laserstrahl in der Arbeitsebene und dazu ausgelegt ist, den Laserstrahl im Wesentlichen vollständig zu transmittieren. Ferner umfasst das Verfahren (b) ein Scannen des Laserstrahls entlang einer Scanrichtung parallel zur Arbeitsebene über die Blendenanordnung derart, dass der Laserstrahl eine erste Öffnungskante der beiden Öffnungskanten, die Blendenöffnung und eine zweite Öffnungskante
der beiden Öffnungskaten zeitlich nacheinander jeweils zumindest teilweise über streicht, sowie (c) ein Ermitteln einer während des Scanvorgangs durch die Blen denöffnung transmittieren Energie des Laserstrahls. Zudem umfasst das Verfah ren (d) ein Bestimmen einer Ausdehnung des Laserstrahls entlang der Scanrich tung anhand eines Verlaufs der transmittierten Energie beim Überstreichen der ersten und/oder der zweiten Öffnungskante durch den Laserstrahl und Bestimmen eines Energieparameters des im Wesentlichen vollständig durch die Blendenöff nung transmittierten Laserstrahls und (e) ein Bestimmen eines Justageparameters des Laserbearbeitungssystems an-hand des Überstreichens der in vorbestimmtem Abstand angeordneten Öffnungskanten durch den Laserstrahl.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems. Diese weitere Ausführungsform kann optional die erste Ausführungsform umfassen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines Energieparameters des Laserstrahls. Zudem umfasst das Ver fahren ein Bereitstellen einer Kalibrationseinrichtung in einer Arbeitsebene des Laserbearbeitungssystems und Beaufschlagen der Kalibrationseinrichtung mit dem Laserstrahl unter denselben Bedingungen, unter welchen eine Verwendung des Laserstrahls zur Bearbeitung eines Bearbeitungsobjektes vorgesehen ist, so wie ein Ermitteln eines Kalibrierungsparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene. Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen der Kalibrati onseinrichtung in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene und Umlenken des Laserstrahls derart, dass die Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird, sowie ein Ermitteln eines Kontrollparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene. Außerdem umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Abweichungsfaktors, der eine Abweichung zwi schen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparameter charakterisiert, sowie ein Charakterisieren des Laserstrahls mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene unter Verwendung des Abweichungsfaktors.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbei tung eines Bearbeitungsobjektes mittels eines Laserstrahls. Das Laserbearbei tungssystem umfasst einen Energiesensor, welcher dazu ausgelegt ist, einen Energieparameter des Laserstrahls zu bestimmen. Ferner umfasst das Laserbe arbeitungssystem eine Kalibrationseinrichtung, welche wahlweise in einer Arbeits ebene des Laserbearbeitungssystems anordenbar und mit dem Laserstrahl beauf schlagbar und in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene anordenbar und
mit dem Laserstrahl beaufschlagbar ist, und ein Umlenkelement, welches derart im Strahlengang des Laserstrahls anordenbar ist, dass das Umlenkelement den auf die Arbeitsebene gerichteten Laserstrahl in die Kontrollebene umlenkt. Dabei ist das Laserbearbeitungssystem dazu eingerichtet, die Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene anzuordnen und einen Kalibrierungsparameter zu ermitteln, die Kalibrierungseinrichtung in der Kontrollebene anzuordnen und einen Kontrollpa- rameter zu ermitteln, einen Abweichungsfaktor zu bestimmen, der eine Abwei chung zwischen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparameter charak terisiert, und den Laserstrahl mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrolle bene unter Verwendung des Energieparameters und des Abweichungsfaktors zu charakterisieren.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls, das alternativ oder in Kombination mit der oben beschriebenen ers ten Ausführungsform eingesetzt werden kann, und ebenfalls Teil der weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Charakterisierung eines Laserstrahls sein kann. Das Verfahren umfasst ein Beaufschlagen eines Prüfobjekts mit dem Laser strahl derart, dass der Laserstahl an einer Prüfstelle des Prüfobjekts einen Teil des Materials des Prüfobjekts abträgt. Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln einer Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle aufgrund der Beauf schlagung mit dem Laserstrahl.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines Laserstrahls. Die Vorrichtung weist dabei eine Prüfobjekthalterung auf, welche da zu ausgelegt ist, ein Prüfobjekt zur Beaufschlagung des Prüfobjekts mit dem La serstrahl bereitzustellen, sodass mittels des Laserstahl an einer Prüfstelle des Prüfobjekts ein Teil des Materials des Prüfobjekts abtragbar ist. Zudem weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle aufgrund der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl zu ermitteln.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Excimerlaser umfassend eine Vorrich tung zur Charakterisierung des Laserstrahls gemäß einer optionalen Ausführungs form.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur refraktiven Hornhaut korrektur umfassend einen Excimerlaser gemäß einer bevorzugten Ausführungs-
form und/oder eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines Laserstrahls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Ein Laserstrahl ist dabei die Strahlung, die von einem Laser, optional einem Exci merlaser, emittiert wird. Der Laserstrahl weist nicht notwendigerweise eine Dauer strichstrahlung bzw. continuous wave Strahlung auf, sondern kann auch gepulst vorliegen. Der Laserstrahl kann ferner kollimiert und/oder konvergent und/oder di vergent zur Charakterisierung vorliegen. Optional weist der Laserstrahl elektro magnetische Strahlung im ultravioletten Spektralbereich auf. Weiter optional weist der Laserstrahl eine Zentralwellenlänge von ca. 193 nm auf. Optional ist der La serstrahl als ein Laserstrahl für eine refraktive Hornhautkorrektur ausgebildet und wird optional von einem Excimer-Laser bereitgestellt. Besonders optional wird der Laserstrahl durch einen ArF Excimerlaser bereitgestellt. Als Laserstrahl wird dabei ein Arbeitslaserstrahl des Laserbearbeitungssystems bezeichnet. Zusätzlich zum Laserstrahl, d.h. zum Arbeitslaserstrahl, kann das Laserbearbeitungssystem ge mäß optionalen Ausführungsformen auch noch einen Ziellaserstrahl bereitstellen, welcher etwa von niedrigerer Energie ist und dessen optisches Spektrum optional zumindest teilweise im sichtbaren Spektralbereich liegt. Dieser wird jedoch stets in Abgrenzung zum Laserstrahl als Ziellaserstrahl bezeichnet.
Die Charakterisierung des Laserstrahls umfasst optional die Charakterisierung des Strahlprofils des Lasers und/oder die Charakterisierung einer Strahlgröße. Die Charakterisierung kann optional ferner eine Charakterisierung einer Energie, wie etwa einer Pulsenergie, und/oder einer Spitzenleistung und/oder eine Durch schnittsleistung und/oder der Energie einer vorbestimmten Reihe bzw. Anzahl von Pulsen und/oder einer Intensität und/oder einer Fluenz (insbesondere in der Ar beitsebene) und/oder dadurch erzielbaren Materialabtrag umfassen. Die Charakte risierung kann ferner optional eine Charakterisierung eines Fokus des Laserstrahls umfassen, wie etwa eine Form und/oder ein Profil und/oder eine Intensität des fo kussierten Laserstrahls.
Eine Blendenanordnung ist dabei eine Anordnung oder Vorrichtung, welche eine Blende mit mehreren Blendenöffnungen umfasst. Beispielsweise kann die Blende ebenflächig ausgebildet sein und die Blendenöffnungen als Ausnehmungen in der Blende ausgebildet sein. Die Blende ist dabei abgesehen von den Blendenöffnun gen undurchlässig für die Laserstrahlung und optional derart ausgebildet, dass die Blende durch die Beaufschlagung mit dem Laserstrahl keinen Schaden nimmt, der
die Undurchlässigkeit für die Laserstrahlung beeinträchtigen würde. Die Blenden öffnungen sind optional vollständig transparent für die Laserstrahlung und beson ders optional als Ausnehmungen bzw. Löcher in der Blende ausgebildet. Die Blende kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Blendenanordnung kann außer der Blende noch weitere Elemente aufweisen. Beispielsweise kann die Blendenanordnung einen Photodetektor aufweisen und oder andere Elemente, welche beispielsweise einen festen Bestandteil der Blendenanordnung bilden können.
Die Arbeitsebene ist dabei jene Ebene, in welcher das Laserbearbeitungssystem ein Bearbeitungsobjekt, beispielsweise ein Auge, mit dem Laserstrahl beauf schlagt, um das Bearbeitungsobjekt zu bearbeiten. Mit anderen Worten kann das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt sein, ein Bearbeitungsobjekt mit dem Laserstrahl in der Arbeitsebene zu bearbeiten und/oder den Auftreffpunkt auf dem Bearbeitungsobjekt mit dem Ziellaserstrahl zu markieren. Beispielsweise kann der Laserstrahl und/oder der Ziellaserstrahl von dem Laserbearbeitungssystem in die Arbeitsebene fokussiert werden. Die Arbeitsebene muss dabei jedoch nicht zwin gend eine Ebene im mathematischen Sinne sein, wenngeich dies gemäß man chen optionalen Ausführungsformen der Fall sein kann. Gemäß anderen optiona len Ausführungsformen kann die Arbeitsebene auch als eine gekrümmte Fläche ausgebildet sein und somit eine sich im dreidimensionalen Raum erstreckende Fläche darstellen.
Das Scannen des Laserstrahls entlang der Scanrichtung ist dabei optional ein Ab lenken des Laserstrahls derart, dass sich der Schnittpunkt des Laserstrahls mit der Arbeitsebene entlang der Scanrichtung innerhalb der Arbeitsebene verschiebt bzw. bewegt. Beispielsweise kann das Scannen mittels einer Ablenkeinrichtung bewerkstelligt werden, welche den Laserstrahl innerhalb der Arbeitsebene in ei nem vorbestimmten Bereich bewegen kann. Die Scanrichtung muss dabei nicht notwendigerweise geradlinig verlaufen, sondern kann auch einem gekrümmten Pfad oder gar einer Freiform-Kurve folgen. Auch kann die Scanrichtung in mehrere Dimensionen verlaufen. Optional verläuft die Scanrichtung in mehreren Scanab schnitten jeweils geradlinig, wobei die Scanrichtungen der einzelnen Scanab schnitte voneinander verschieden und gar senkrecht zueinander sein können. Be sonders optional verläuft die Scanrichtung diskontinuierlich und sprunghaft zwi schen den einzelnen Bearbeitungspunkten, um zur Reduktion der thermalen Be lastung des Bearbeitungsobjektes die Bearbeitungspunkte für aufeinanderfolgen-
io de Bearbeitungen möglichst weit voneinander entfernt zu positionieren. Optional verläuft die Scanrichtung jedoch vollständig innerhalb der Arbeitsebene.
Das Scannen des Laserstrahls über die Blendenanordnung kann gemäß einer an deren optionalen Ausführungsform alternativ oder zusätzlich dadurch erfolgen, dass die Blendenanordnung, optional senkrecht, relativ zum Laserstrahl bewegt wird. Dies kann den Vorteil bieten, dass der Laserstrahl für die Charakterisierung nicht notwendigerweise ausgelenkt werden muss. Dass das Scannen des Laser strahls entlang einer Scanrichtung parallel zur Arbeitsebene über die Blendenano rdnung erfolgt, bedeutet dabei, dass die Ablenkung des Laserstrahls in eine oder mehrere Richtungen senkrecht zur optischen Achse des Laserstrahls erfolgt. Opti onal ist dabei der Abstand der Arbeitsebene zum optischen Element, welches die Ablenkung verursacht, wie etwa ein Scannerspiegel, derart groß, dass die etwai gen Projektionseffekte bei der Auslenkung des Laserstrahls, d.h. beim Scannen, und insbesondere für eine Bestimmung der Fluenz vernachlässigbar sind.
Dass der Laserstrahl die Blendenöffnungen zumindest teilweise überstreicht be deutet dabei, dass nicht alle Blendenöffnungen notwendigerweise durch den La serstrahl überstrichen werden. Auch bedeutet dies, dass optional nicht notwendi gerweise die gesamte jeweilige Blendenöffnung vom Laserstrahl überstrichen wird, sondern dass die Blendenöffnung auch Bereiche aufweisen kann, die nicht vom Laserstrahl überstrichen werden. Beispielsweise kann eine erste Blendenöff nung gemäß einer optionalen Ausführungsform schlitzförmig ausgestaltet sein, wobei die Breite des Schlitzes kleiner als der Laserstrahls in der Arbeitsebene ist und die Länge des Schlitzes größer als die Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist. Beispielsweise kann eine derartige schlitzförmige Blendenöff nung dabei derart durch den Laserstrahl überstrichen werden, dass die Blenden öffnung zwar in ihrer gesamten Breite vom Laserstrahl überstrichen wird, nicht aber in ihrer vollen Länge.
Der mittlere Durchmesser ist dabei optional die volle Weite bei halbem Maximum (FWHM). Die Ausdehnung des Laserstrahls ist dabei optional die Strahlfläche, die bei Annahme eines Gaußschen Strahlprofils 99,5% der Leistung bzw. Energie des Laserstrahls enthält. Dass die zweite Blendenöffnung den Laserstrahl im Wesent lichen vollständig transmittiert, bedeutet dabei, dass die von der zweiten Blenden öffnung nicht transmittierte bzw. geblockte Leistung bzw. Energie nicht mehr als 0,5% der Gesamtleistung bzw. Gesamtenergie beträgt. Dadurch wird erreicht,
dass die Abschwächung des Laserstrahls durch die zweite Blendenöffnung ver schwindend gering ist und optional unterhalb einem typischen Sensor-Signal- Rausch-Verhältnis liegt.
Ein Energieparameter, der im Rahmen des Verfahrens bestimmt wird, ist dabei optional solch ein Parameter, der die Energie und/oder Leistung des Laserstrahls charakterisiert. Optional ist anhand des zusammen mit der bestimmten Ausdeh nung des Laserstrahls die Intensität und/oder Fluenz des Laserstrahls in der Ar beitsebene ermittelbar.
Optional charakterisiert der Energieparameter eine Energie des Laserstrahls und/oder eine Leistung des Laserstrahls und/oder eine Energie eines Laserpulses und/oder eine Energie einer Serie von Laserpulsen.
Ein Kalibrierungsparameter, der im Rahmen des Verfahrens bestimmt wird, ist da bei ein Parameter, anhand dessen sich ein Materialabtrag durch den Laserstrahl, insbesondere der Hornhaut bei Applikation auf ein zu behandelndes Auge, be stimmen und/oder antizipieren lässt. Der Kalibrierungsparameter kann insbeson dere die Fluenz und/oder Intensität des Laserstrahls in der Arbeitsebene umfas sen oder die Ermittlung der Fluenz und/oder Intensität des Laserstrahls in der Ar beitsebene ermöglichen. Der Kontrollparameter entspricht optional dem Kalibrie rungsparameter mit der Maßgabe, dass der Kontrollparameter den Laserstrahl in der Kontrollebene charakterisiert. Besonders optional sind der Kalibrierungspara meter und der Kontrollparameter direkt miteinander vergleichbar, sodass der Ab weichungsfaktor optional eine dimensionslose Größe darstellt, die einen Unter schied der Werte bzw. Beträge bzw. Amplituden des Kalibrierungsparameters ei nerseits und des Kontrollparameters andererseits quantifizieren. Optional umfasst das Ermitteln eines Kalibrierungsparameters ein Ermitteln einer Fluenz und/oder einer Intensität des Laserstrahls in der Arbeitsebene, wobei das Ermitteln eines Kontrollparameters ein Ermitteln einer Fluenz und/oder einer Intensität des Laser strahls in der Kontrollebene umfasst.
Die Kontrollebene ist dabei eine Ebene, in welcher mittels der Kalibrationseinrich tung der Kontrollparameter entrichtet wird. Optional erfolgt die Ermittlung des Kon trollparameters in der Kontrollebene auf die gleiche Weise, wie die Ermittlung des Kalibrierungsparameters in der Arbeitsebene. Die Kontrollebene ist dabei derart angeordnet, dass eine Anordnung der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene auch dann möglich ist, wenn ein Patient die Behandlungsposition eingenommen
hat und ein Auge des Patienten in der Arbeitsebene angeordnet ist. Optional ist demnach die Kontrollebene derart angeordnet und/oder erfolgt das Bereitstellen der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene derart, dass zwischen der in der Kontrollebene bereitgestellten Kalibrationseinrichtung und einem in der Arbeits ebene angeordneten Bearbeitungsobjekt kein räumlicher Überlapp besteht. Be sonders optional ist die Kontrollebene zumindest teilweise innerhalb des Laserbe arbeitungssystems und/oder die Kalibrationseinrichtung bei Bereitstellung in der Kontrollebene innerhalb des Laserbearbeitungssystems angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass das Laserbearbeitungssystem besonders kompakt ausgebildet werden kann.
Das Prüfobjekt ist optional ein Festkörperelement, von welchem sich mittels La serablation durch den Laserstrahl Material abtragen lässt. Weiter optional ist das Prüfobjekt dazu ausgelegt, die Strahlung des Laserstrahls zumindest teilweise zu absorbieren, um durch die absorbierte Energie, die in Form des Laserstrahls ein gestrahlt wurde, eine Ablation von Material zu erzielen. Mit anderen Worten be steht das Prüfobjekt optional aus einem UV-abtragbaren Medium. Weiter optional ist das Prüfobjekt aus einem Material, welches für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich zumindest teilweise transparent ist und optional nahezu vollständig transparent ist. Dies ermöglicht die Verwen dung von optischen Messverfahren auf Basis von sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängen zum Ermitteln der Änderung der Dicke des Prüfobjekts. Weiter opti onal ist das Prüfobjekt derart ausgebildet, dass dieses eine Oberfläche aufweist, die mittels eines konfokal-chromatischen Sensors erfasst werden kann, insbeson dere nachdem die Oberfläche mit einem UV-Laser bearbeitet wurde.
Besonders optional besteht das Prüfobjekt zumindest teilweise aus PMMA (Poly methyl methacry lat), welches im ultravioletten Spektralbereich, insbesondere bei 193 nm, eine sehr große optische Dichte aufweist und vor allem im sichtbaren Spektralbereich eine hohe Transparenz aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu fes ten Prüfobjekten können auch Prüfobjekte verwendet werden, die biologische Ge webe aufweisen oder aus solchen bestehen, wie etwa Spenderhornhautteilen, o- der auch gelartige Substanzen, wie etwa Agar-Agar. Hierbei ist es besonders vor teilhaft, wenn das Prüfobjekt zwischen Laserbearbeitung und Vermessung nicht oder nur sehr wenig bewegt werden muss und die Vermessung sehr zeitnah nach der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl erfolgen kann, so dass das Risiko einer
Änderung der Form des Prüfobjekts zwischen Bearbeitung und Vermessung weit gehend reduziert oder eliminiert werden kann.
Optional erfolgt das Ermitteln der Änderung der Dicke des Prüfobjekts in unverän derter Position und/oder Orientierung des Prüfobjekts, wie das Beaufschlagen des Prüfobjekts mit dem Laserstrahl. Mit anderen Worten wird optional das Prüfobjekt zwischen der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl und dem Ermitteln der Ände rung der Dicke im Wesentlichen nicht bewegt. „Im Wesentlichen nicht bewegt“ be deutet dabei, dass keine Bewegung des Prüfobjektes relativ zum Laserstrahl und/oder relativ zur Messeinrichtung erfolgt oder eine etwaige Bewegung derart gering ist, dass die Ermittlung der Änderung der Dicke an der Prüfstelle dadurch nicht beeinträchtigt wird. Dies bietet ferner den Vorteil, dass die Ermittlung der Än derung der Dicke zuverlässig an der Prüfstelle erfolgen kann, die mit dem Laser strahl beaufschlagt wurde. Ferner bietet dies den Vorteil, dass auch solche Prüfobjekte zuverlässig verwendet werden können, deren Form nicht stabil und/oder deren Positionierbarkeit nicht zuverlässig reproduzierbar sind.
Das Beaufschlagen des Prüfobjektes mit dem Laserstrahl umfasst optional, dass das Prüfobjekt dem Laserstrahl ausgesetzt wird, sodass der Laserstrahl auf das Prüfobjekt einfällt. Das Beaufschlagen des Prüfobjektes mit dem Laserstrahl er flogt optional mit einer bestimmten Bestrahlungsdauer, insbesondere bei der Ver wendung von Dauerstrichlasern, oder aber, bei Verwendung eines gepulsten La sers, mit einer bestimmten Laserpulsanzahl. Es versteht sich, dass ein Bezug und/oder eine Korrelation zwischen dem Materialabtrag und der Bestrahlungsdau er bzw. der Anzahl von Laserpulsen bei der Beaufschlagung des Prüfobjektes mit dem Laserstrahl bestehen. Optional erfolgt die Beaufschlagung in gleicher Weise, wie auch die Hornhaut beim refraktiven Korrigieren der Hornhaut mit dem Laser strahl beaufschlagt wird, insbesondere hinsichtlich Umgebungsparametern, wie etwa UV-absorbierender Substanzen in der Umgebungsluft, wie etwa Luftfeuchtig keit, und/oder des Strahldurchmessers und/oder der Strahlleistung bzw. Pulsener gie. Alternativ oder zusätzlich kann die Beaufschlagung des Prüfobjekts auch mit anderen Strahldurchmessern und/oder Leistungen und/oder Pulsenergien erfol gen.
Die Prüfstelle ist dabei insbesondere eine Stelle in und/oder auf dem Prüfobjekt, welche auf einer Oberfläche des Prüfobjekts oder innerhalb des Prüfobjekts, d.h. im Volumenbereich des Prüfobjekts, liegen kann. Die Prüfstelle ist dabei die Stelle,
welche mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird und an welche entsprechend ein Materialabtrag stattfindet. Vor der Beaufschlagung der Prüfstelle mit dem Laser strahl kann die Prüfstelle optional dem unveränderten Prüfobjekt entsprechend und sich nicht von anderen Stellen des Prüfobjektes unterscheiden.
Die Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass sowohl die Ausdehnung des La serstrahls als auch die Leistung bzw. Energie des Laserstrahls direkt in der Ar beitsebene gemessen werden können. Dies hat den Vorteil, dass ohne fehlerbe haftete Annahmen oder Einflüsse die Fluenz des Laserstrahls direkt in der Ar beitsebene, also an der Stelle, an welcher der Laserstrahl auf das Bearbeitungs objekt appliziert wird, ermittelt werden kann und auf diese Weise eine besonders zuverlässige Charakterisierung und ggf. Anpassung des Laserstrahls erfolgen kann. Somit bietet dies die vorteilhafte Möglichkeit, beispielsweise die Fluenz di rekt zu bestimmen, ohne beispielsweise auf Energie- oder Leistungsmessungen an anderer Stelle im Laserbearbeitungssystem und ohne eine Bestimmung der Ausdehnung des Laserstrahls außerhalb der Arbeitsebene durchführen zu müs sen, um indirekt über ggf. unzutreffende Annahmen auf die Fluenz schließen zu müssen. Auch bietet dies die Möglichkeit, dass optional die genaue Lage des La serstrahls und auch die genaue Lage eines Ziellaserstrahls und optional deren Überlapp in der Arbeitsebene überprüft werden können. Durch die Ausführungs formen kann daher die Zuverlässigkeit der Charakterisierung erhöht werden.
Außerdem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass mittels einer Blen denanordnung sowohl eine Charakterisierung des Laserstrahls und insbesondere eine Ermittlung der Fluenz des Laserstrahls, als auch eine Kalibrierung einer Ab lenkeinrichtung, wie etwa eines Scanners, erfolgen kann. Mit anderen Worten bie ten die Ausführungsformen den Vorteil, dass mehrere Charakterisierungen bzw. Überprüfungen bzw. Charakterisierungen mittels einer Blendenanordnung in der Arbeitsebene durchgeführt werden können, für welche herkömmlicherweise ver schiedene Vorrichtungen nötig sind. Auf diese Weise kann die Charakterisierung bzw. Überprüfung bzw. Kalibrierung des Laserbearbeitungssystems hinsichtlich der Hardware-Anforderungen vereinfacht und/oder hinsichtlich des Zeitaufwands beschleunigt werden, sodass die Anschaffungs- und/oder Betriebskosten reduziert und die Wartungszeiten verkürzt werden können. Auch bietet diesden Vorteil, dass optional die genaue Lage des Laserstrahls und optional des Ziellaserstrahls und damit deren Überlapp in der Arbeitsebene überprüft werden können, wodurch die Sicherheit des Laserbearbeitungssystems erhöht werden kann.
Außerdem bietet dies den Vorteil, dass nur ein Photodetektor bzw. Energiesensor für die Charakterisierung erforderlich ist. Dies ist insbesondere dahingehend vor teilhaft, dass die technischen Anforderungen für die Charakterisierung geringer als im Stand der Technik gewählt werden können und dass etwaige Abweichungen zwischen den Messungen von herkömmlicherweise mehreren verwendeten Ener giesensoren vermieden werden können und daher die Gefahr einer Verfälschung der Charakterisierung reduziert werden kann.
Zudem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass die Fluenz bzw. Zielfluenz, auf die das Lasersystem kalibriert wird, als eine vom Strahldurchmesser abhängi ge Größe hinterlegt werden kann, und somit die Kalibration nicht auf die einzelnen Parameter Ausdehnung des Laserstrahls und Energie getrennt abzielt - also eine separate Kalibration der Energie und der Spotgröße jeweils einzeln überwacht - sondern beide Werte in Kombination kalibriert bzw. charakterisiert werden und da bei deren Abhängigkeiten berücksichtigt werden können. Eine derartige Abhän gigkeit kann beispielsweise darin bestehen, dass sich die für ein bestimmtes Ab tragsvolumen benötigte Fluenz gemäß einer nicht-linearen Funktion der Spotgrö ße des Laserstrahls in der Arbeitsebene bestimmen kann.
Auch bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass die Fluenz des Laserstrahls in der Arbeitsebene direkt ermittelt werden kann und entsprechend auch eine Überwachung der Fluenz hinsichtlich vorbestimmter Toleranzgrenzen im Rahmen der Charakterisierung erfolgen kann. In herkömmlichen, im Stand der Technik be kannten Verfahren werden oftmals mehrere Leistungs- oder Energieparameter und eine Größe des Laserstrahls unabhängig voneinander ermittelt und hinsicht lich ihrer jeweiligen Toleranzgrenzen überprüft, ohne jedoch die Fluenz in der Ar beitsebene ermitteln zu können. Dies führt dazu, dass die jeweiligen Toleranz grenzen für die einzelnen Parameter im Stand der Technik sehr eng gewählt wer den müssen. Gemäß mancher Ausführungsformen kann die Fluenz ermittelt und gegen etwaige vorbestimmte Toleranzgrenzen überprüft werden, sodass eine Kombination von Einzelabweichungen in der Energie und im Strahldurchmesser, die dennoch die Fluenz im Toleranzbereich halten, nicht fälschlicherweise als Feh ler bewertet werden müssen.
Manche Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass die Charakterisierung des Laserstrahls optional automatisiert werden kann. Dazu kann es besonders vorteil-
haft sein, wenn das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt ist, die Blendenano rdnung selbstständig bzw. automatisiert in der Arbeitsebene anzuordnen und nach erfolgter Charakterisierung des Laserstrahls wieder selbstständig bzw. automati siert aus der Arbeitsebene zu entfernen.
Die Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass die Charakterisierung des Laser strahls mit nur einer Kalibrationseinrichtung erfolgen kann, wenngleich gemäß manchen Ausführungsformen auch mehrere Kalibrationseinrichtungen verwendet werden können. Dadurch dass eine Kalibrationseinrichtung ausreichend ist, kön nen Abweichungen und Verfälschungen der Charakterisierung des Laserstrahls aufgrund von Unterschieden zwischen separaten Kalibrationseinrichtungen ver mieden werden.
Ferner bieten manche Ausführungsformen den Vorteil, dass zunächst eine ord nungsgemäße Kalibrierung in der Arbeitsebene erfolgen kann und sodann, insbe sondere während einer Bearbeitung bzw. Behandlung wenn eine Anordnung einer Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene nicht möglich ist, eine kurzfristige Cha rakterisierung bzw. Überwachung des Laserstrahls anhand des Kontrollparame- ters und des Energieparameters möglich ist, indem der Laserstrahl in die Kontroll ebene umgelenkt wird. Wenngleich die Charakterisierung in der Kontrollebene keine Kalibrierung im eigentlichen Sinne erlauben mag, weil beispielsweise eine Kalibrierung in der Arbeitsebene zwingend vorgeschrieben ist, so kann die Cha rakterisierung in der Kontrollebene dennoch eine wertvolle zusätzliche Information darüber bieten, ob sich ein oder mehrere Parameter des Laserstrahls seit der letz ten Kalibrierung bzw. Charakterisierung geändert haben und/oder eine erneute Kalibrierung vorteilhaft oder notwendig erscheint. Auf diese Weise kann optional das Intervall von Kalibrierungen und/oder Charakterisierungen in der Arbeitsebene verlängert werden und oder eine regelmäßigere Charakterisierung des Laser strahls, insbesondere in Zeitabschnitten, in denen sich der Patient bereits oder noch in der Arbeitsebene befindet, ermöglicht werden.
Außerdem bieten manche Ausführungsformen den Vorteil, dass die Charakterisie rung besonders zuverlässig erfolgen kann, da die Kalibrationseinrichtung sowohl in der Arbeitsebene als auch in der Kontrollebene optional das letzte Element im Strahlengang zur Arbeitsebene bzw. zur Kontrollebene ist und somit bei einer Ap plikation des Laserstrahls auf das Bearbeitungsobjekt bzw. das zu behandelnde
Auge keine zusätzlichen optischen Elemente im Strahlengang angeordnet sind, die bei der Charakterisierung des Laserstrahls nicht berücksichtigt wurden.
Manche Ausführungsformen bietet den Vorteil, dass der Laserstrahl objektiv an hand einer Änderung der Dicke des Prüfobjekts charakterisiert werden kann und somit eine objektive Charakterisierung bzw. Beurteilung des Laserstrahls ermög licht wird. Dies ermöglicht, die Charakterisierung auf eine verlässlichere Weise durchzuführen, als mittels einer herkömmlichen Charakterisierung mithilfe eines Fluencepapiers, und ermöglicht somit eine besonders präzise Einstellung des La sers bzw. Laserstrahls, die optional nicht durch subjektive Eindrücke beeinflusst bzw. verfälscht wird.
Ferner bietet die manche Ausführungsformen den Vorteil, dass die Charakterisie rung des Laserstrahls automatisiert erfolgen kann und auf diese Weise von dem Laser oder einer damit in Zusammenhang stehenden Vorrichtung selbstständig durchgeführt werden kann. Insbesondere können die Bereitstellung, Beaufschla gung und/oder Auswertung (Ermitteln der Dicke) des Prüfobjektes automatisiert werden und auf diese Weise den Bediener entlasten. Besonders vorteilhaft kön nen an einer Prüfstelle mehrere Dickenänderungen durch Materialabtrag für meh rere Beaufschlagungen ermittelt werden, so dass durch Mittelwertbildung und/oder Statistik ein hohes Maß an Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit in der Laserstrahlcha rakterisierung erreicht werden kann. Gemäß einer optionalen Ausführungsform wird die Dickenänderung nach jedem einzelnen Laserpuls einer Pulsfolge be stimmt.
Manche Ausführungsformen bieten dabei ferner den Vorteil, dass die automatisier te Charakterisierung auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten effizient erfolgen kann, da das Verfahren gemäß manchen Ausführungsformen kostensparender durchgeführt werden kann, als das im Stand der Technik bekannte Verfahren auf Basis der Herstellung eines Linsenprofils und des anschließenden Überprüfens des Linsenprofils.
Ferner bieten manche Ausführungsformen den Vorteil, dass das Verfahren zur Charakterisierung bereits in Laserapparate, wie etwa in Excimerlaser, und/oder in Vorrichtungen zur refraktiven Korrektur der Hornhaut integriert werden kann, in dem bei der Planung und Herstellung eine Vorrichtung zur Charakterisierung des Laserstrahls implementiert werden kann. Alternativ bietet dies die Möglichkeit, be-
reits bestehende Excimerlaser und/oder Vorrichtungen zur refraktiven Korrektur der Hornhaut, welche nicht über eine derartige Vorrichtung zur Charakterisierung des Laserstrahls verfügen, mit einer Vorrichtung gemäß einer optionalen Ausfüh rungsform nachzurüsten und/oder zu erweitern.
Optional umfasst die Blendenanordnung ferner eine dritte Blendenöffnung der mehreren Blendenöffnungen, welche eine vorbestimmte Ausdehnung entlang der Scanrichtung aufweist, die kleiner als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist, und in einem vorbestimmten Abstand entlang der Scan richtung zur ersten Blendenöffnung angeordnet ist. Das Verfahren umfasst optio nal ferner ein Bestimmen eines Justageparameters des Laserbearbeitungssys tems unter Verwendung des vorbestimmten Abstands der dritten Blendenöffnung zur ersten Blendenöffnung. Dies bietet den Vorteil, dass auch die Scanbewegung und/oder insbesondere eine Ablenkeinrichtung, mittels welcher die Scanbewegung herbeigeführt wird, charakterisiert und/oder überprüft und/oder kalibriert werden kann. Insbesondere wird dies ermöglicht, indem der Laserstrahl entlang der Scan richtung derart bewegt wird, dass dieser sowohl die erste als auch die dritte Blen denöffnung überstreicht, wobei der Laserstrahl optional direkt und geradlinig von der ersten zur dritten Blendenöffnung bewegt wird. Gemäß anderen Ausführungs formen kann der Laserstrahl jedoch sprunghaft bewegt werden, sodass der Laser strahl beispielsweise erst die erste Blendenöffnung überstreicht, sodann zur dritten Blendenöffnung springt und diese überstreicht und anschließend zurück zur zwei ten Blendenöffnung springt und diese überstreicht. Durch den vorbestimmten Ab stand zwischen der ersten und der dritten Blendenöffnung kann sodann überprüft werden, ob die Scanbewegung in der Weise erfolgt, wie vorgegeben, oder ob eine Abweichung zwischen der Soll- und Ist-Bewegung vorliegt. Das Vorliegen einer Abweichung kann beispielsweise ein Indiz für eine mangelhafte Kalibration und/oder Scanner-Verstärkung sein.
Optional erfolgt das Bestimmen der Ausdehnung des Laserstrahls entlang der Scanrichtung ferner anhand der ermittelten durch die dritte Blendenöffnung trans- mittierten Energie des Laserstrahls. Besonders optional umfasst das Bestimmen der Ausdehnung des Laserstrahls entlang der Scanrichtung die Bildung eines Mit telwerts der anhand der ersten und der dritten Blendenöffnung ermittelten Aus dehnungen des Laserstrahls. Dies bietet den Vorteil, dass aufgrund mehrerer Messwerte ggf. ein Messfehler reduziert werden kann und das Bestimmten der Ausdehnung daher zuverlässiger erfolgen kann.
Optional erfolgt das Scannen des Laserstrahls in einem ersten Scanabschnitt und in einem zweiten Scanabschnitt, wobei die Scanrichtung im ersten Scanabschnitt entlang einer ersten Dimension parallel zur Arbeitsebene verläuft und die Scan richtung im zweiten Scanabschnitt entlang einer zweiten Dimension parallel zur Arbeitsebene verläuft. Dies bietet den Vorteil, dass die Ausdehnung des Laser strahls entlang mehrerer Scanrichtungen ermittelt werden kann. Besonders optio nal verläuft die Scanrichtung in den beiden Scanabschnitten derart, dass die Aus dehnung des Laserstrahls in beiden Dimensionen der Arbeitsebene bestimmt werden kann. Besonders optional verläuft die Scanrichtung im ersten Scanab schnitt senkrecht zur Scanrichtung im zweiten Scanabschnitt.
Optional weist die erste Blendenöffnung die vorbestimmte Ausdehnung entlang der Scanrichtung im ersten Scanabschnitt auf. Zudem weist die Blendenanord nung optional eine zusätzliche Blendenöffnung der mehreren Blendenöffnungen auf, welche eine vorbestimmte Ausdehnung entlang der Scanrichtung im zweiten Scanabschnitt aufweist, die kleiner als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist. Mit anderen Worten weist die Blendenanordnung für jeden Scanabschnitt bzw. für jede der beiden Scanrichtungen zwei Blendenöffnungen in vorbestimmtem Abstand und mit (entlang der Scanrichtung) vorbestimmter Aus dehnung auf, sodass für die Bestimmung der Ausdehnung in beiden Scanrichtun gen bzw. entlang beider Scanabschnitten zwei Blendenöffnungen zur Verfügung stehen. Auf diese Weise kann auch eine Kalibrierung und/oder Charakterisierung der Scanbewegung in zwei Dimensionen erfolgen.
Optional weisen jene Blendenöffnungen, die eine vorbestimmte Ausdehnung ent lang der Scanrichtung aufwiesen, die kleiner als der mittlere Durchmesser des La serstrahls in der Arbeitsebene ist, eine Ausdehnung auf, die nicht größer als 90%, mehr optional nicht größer als 80%, noch mehr optional nicht größer als 70%, viel mehr optional nicht größer als 60%, am meisten optional nicht mehr als 50% des mittleren Durchmessers des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist. Alternativ oder zusätzlich entspricht die Ausdehnung entlang der Scanrichtung zumindest 1%, weiter optional zumindest 5%, noch weiter optional zumindest 10%, viel mehr op tional zumindest 15%, am meisten optional 20% des mittleren Durchmessers des Laserstrahls in der Arbeitsebene. Beispielsweise kann der Laserstrahl in der Ar beitsebene einen mittleren Durchmesser (FWHM) von ca. 0,6 mm bis 0,8 mm aufweisen, wobei auch größere oder kleinere Durchmesser verwendet werden
können. Die Ausdehnung der Blendenelemente, die entlang der Scanrichtung eine vorbestimmte, kleinere Ausdehnung als der mittlere Durchmesser des Laser strahls aufweisen, kann beispielsweise entlang der Scanrichtung zwischen 0,1 mm und 0,4 mm liegen. Die vorbestimmten Ausdehnungen von mehreren Blendenöff nungen mit vorbestimmten Ausdehnungen, die kleiner als der mittlere Durchmes ser des Laserstrahls aufweisen, können unabhängig davon identische Ausdeh nungen bzw. Abmessungen oder voneinander verschiedene Ausdehnungen auf weisen.
Optional umfassen die mehreren Blendenöffnungen für jeden Scanabschnitt zu mindest zwei Blendenöffnungen, welche entlang der jeweiligen Scanrichtung eine vorbestimmte Ausdehnung aufweisen, die kleiner als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist, und in einem vorbestimmten Abstand entlang der jeweiligen Scanrichtung zueinander angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass entlang jedem Scanabschnitt sowohl die Ausdehnung bzw. der Durchmesser des Laserstrahls bestimmt werden kann und zudem anhand des vorgegebenen Abstands der Blendenöffnungen eine Überprüfung und/oder Kalib rierung der Scanner-Bewegung bzw. der Bewegung der Ablenkeinrichtung, also beispielsweise der Ablenkspiegel für die Bewegung des Laserstrahls in der Ar beitsebene, erfolgen kann, indem beispielsweise die beiden Blendenöffnungen nacheinander ein einer zusammenhängenden geradlinigen Bewegung überstri chen werden, und die dafür erforderliche Auslenkung und/oder Bewegung der Ab lenkspiegel ermittelt wird. Mit anderen Worten kann optional auf diese Weise er mittelt werden, ob die tatsächlich hervorgerufenen Scanbewegung einer erwarte ten Soll-Scanbewegung entspricht. Sollte dies nicht der Falls sein, könnte eine Justage und/oder Kalibrierung der Ablenkspiegel vorteilhaft oder gar erforderlich sein.
Optional erfolgt mittels des Verfahrens eine Überprüfung des Laserstrahls, d.h. des Arbeitslaserstrahls und optional auch eines Ziellaserstrahls des Laserbearbei tungssystems. Der Laserstrahl ist optional ein Laserstrahl, der für die Durchfüh rung der Laserbearbeitung des Bearbeitungsobjekts in der Arbeitsebene verwen det wird. Der Laserstrahl kann dabei eine Zentralwellenlänge aufweisen, die für das menschliche Auge nicht oder nur schlecht sichtbar ist, wie beispielsweise im ultravioletten oder im infraroten Spektralbereich, wodurch eine Justage des Laser strahls erschwert werden kann. Daher kann es vorteilhaft sein, einen Ziellaser strahl für die Justage des Laserbearbeitungssystems zu verwenden, welcher opti-
onal eine Zentralwellenlänge im sichtbaren Spektralbereich aufweist. Optional sind die Ausbreitungsrichtungen des Laserstrahls und des Ziellaserstrahls derart anei nander gekoppelt, dass diese sich entlang derselben optischen Achse ausbreiten und auf diese Weise eine Justage des Laserbearbeitungssystems unter Verwen dung des Ziellaserstrahls auch zu einer Justage des Laserstrahls führt. Dies bietet den Vorteil, dass eine Kopplung des Laserstrahls und des Ziellaserstrahls über prüft werden kann, um die Zuverlässigkeit einer Justage des Laserbearbeitungs systems unter Verwendung des Ziellasers sicherzustellen.
Optional umfasst die Blendenanordnung ferner einen oder mehrere Ziellaserdetek toren, um den durch eine Blendenöffnung transmittierten Ziellaserstrahl zu detek- tieren und/oder dessen Energie und/oder Leistung zu ermitteln. Der bzw. die Ziel laserdetektoren können dabei optional separat vom Photodetektor für die Detekti on des Laserstrahls ausgebildet sein. Beispielsweise können die Ziellaserdetekto ren andersartig ausgebildet sein, als der Photodetektor. Beispielsweise können die Ziellaserdetektoren optional hinsichtlich ihrer Sensorfläche und/oder ihrer spektra len Sensitivität andersartig ausgestaltet sein, als der Photodetektor. Besonders optional ist der Photodetektor dazu ausgelegt, den Laserstrahl zu detektieren und entsprechend hinsichtlich der spektralen Sensitivität auf die Wellenlänge und hin sichtlich der Zerstörschwelle auf die Energie des Laserstrahls abgestimmt, wohin gegen der bzw. die Ziellaserdetektoren optional hinsichtlich der spektralen Sensiti vität und der Zerstörschwellen auf den Ziellaserstrahl abgestimmt ist.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Fluenz und/oder einer Intensität des Laserstrahls in der Arbeitsebene unter Verwendung der ermittelten Ausdehnung des Laserstrahls und des ermittelten Energieparameters des Laser strahls. Dazu kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Ausdehnung des Laser strahls in zwei Dimensionen der Arbeitsebene zu bestimmten. Das Bestimmen der Fluenz und/oder der Intensität bietet den Vorteil, dass damit der für einen herbei zuführenden Materialabtrag, insbesondere für die ophthalmische Chirurgie, wie etwa die Abtragung eines Teils der Hornhaut, relevante Parameter direkt bestimmt wird und die zu erwartende Abtragung vom Bearbeitungsobjekt, beispielsweise vom Auge, besonders genau antizipiert werden kann.
Optional umfasst das Verfahren ein Anpassen eines Laserparameters und ein wiederholtes Durchführen der Schritte b) bis d) nach dem Anpassen des Laserpa rameters. Mit anderen Worten wird optional eine Überprüfung des Laserstrahls er-
neut durchgeführt, nachdem eine optionale Anpassung von Laserparametern bzw. des Laserstrahls erfolgt ist. Dies bietet den Vorteil, dass ein Erfolg der Anpassung überprüft werden kann und ermittelt werden kann, ob die erfolgte Anpassung den gewünschten Erfolg erzielt hat und/oder ob eine weitere Anpassung des Laser strahls bzw. des Laserbearbeitungssystems ratsam und/oder vorteilhaft und/oder notwendig ist.
Optional ist die Blendenanordnung dazu ausgelegt, einen nicht durch die Blen denöffnungen transmittierten Teil des Laserstrahls zu absorbieren und/oder zu re flektieren. Optional ist die Blendenanordnung dazu ausgelegt, den Laserstrahl nur durch die Blendenöffnungen zu transmittieren. Abseits der Blendenöffnungen ist die Blendenanordnung optional undurchlässig für den Laserstrahl. Die Blendenan ordnung ist dabei optional derart ausgebildet, dass eine Beaufschlagung der Blen denanordnung mit dem Laserstrahl nicht zu einer Beschädigung und/oder Zerstö rung der Blendenanordnung führt, die die Funktion der Blendenanordnung beein trächtigen würde. Beispielsweise kann die Blendenanordnung zumindest teilweise aus einem Kunststoff und/oder einem Metall ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Blendenanordnung ein optional schwarz eloxiertes Metall umfassen, um die Reflektivität der Blendenanordnung zu reduzieren, um etwa Beeinträchtigungen und/oder Schäden und/oder eine Gefährdung von Personen durch einen von der Blendenanordnung reflektierten Laserstrahl zu vermeiden. Alternativ kann die Blende bzw. die Oberfläche der Blendenanordnung diffusiv ausgestaltet sein und einfallendes Licht aus dem UV und/ oder sichtbaren und /oder IR Spektralbereich in einen großen Raumwinkel zerstreuen. Dies kann den Vorteil bieten, dass zu mindest eine der Blendenöffnungen, insbesondere eine zentrale Apertur, in einem IR Bild von einem Eye-T racker als Pupille erkannt werden kann.
Optional ist die erste Blendenöffnung schlitzförmig ausgebildet und die vorbe stimmte Ausdehnung entspricht einer vorbestimmten Breite des Schlitzes. Dies bietet den Vorteil, dass die Blendenöffnung entlang einer Dimension eine sehr kleine und definierte Breite haben kann und entlang der anderen Dimension grö ßer als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls ausgebildet sein kann. Dadurch wird der transmittierte Teil des Laserstrahls nur entlang einer Dimension begrenzt, beispielsweise in dem ein „Streifen“ des Laserstrahls transmittiert wird, sodass trotz definierter Breite entlang der Scanrichtung ein größtmöglicher Anteil des La serstrahls entlang der anderen Dimension senkrecht zur Scanrichtung transmittiert wird, um ein bestmögliches Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Optional weist
die Blendenanordnung mehrere schlitzförmige Blendenöffnungen auf, welche eine vorbestimmte Breite aufweisen, die der vorbestimmten Ausdehnung entspricht, und die jeweils paarweise in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeord net sind.
Optional ist die zweite Blendenöffnung als Rundloch ausgebildet und weist eine Ausdehnung auf, die im Wesentlichen der Ausdehnung des Laserstrahls ent spricht. Dass die Ausdehnung der Blendenöffnung im Wesentlichen der Ausdeh nung des Laserstrahls entspricht, bedeutet, dass der Laserstrahl durch die Blen denöffnung im Wesentlichen vollständig transmittiert werden kann, insbesondere dann, wenn der Laserstrahl und die Blendenöffnung konzentrisch angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die von der zweiten Blendenöffnung nicht transmittierte bzw. geblockte Leistung bzw. Energie weniger als 0,5% der Gesamtleistung bzw. Ge samtenergie beträgt. Dabei kann eine runde Ausgestaltung der Blendenöffnung, beispielsweise als Rundloch, besonders vorteilhaft für eine Anpassung an den La serstrahl sein, da dieser optional in der Arbeitsebene ebenfalls eine runde Quer schnittsform aufweist.
Optional sind die Blende und der Photodetektor parallel übereinander liegend ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die Blendenanordnung besonders kom pakt ausgebildet werden kann und entsprechend besonders geeignet dazu sein kann, die Blendenanordnung in der Arbeitsebene anzuordnen. Dass die Blen denanordnung in der Arbeitsebene angeordnet ist bedeutet dabei optional, dass die Blende und insbesondere die Blendenöffnungen in der Arbeitsebene angeord net sind.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem dazu eingerichtet, mittels der Ablenk einrichtung den Laserstrahl entlang einer Scanrichtung parallel zur Arbeitsebene über die Blendenanordnung zu scannen, sodass der Laserstrahl die Blendenöff nungen zumindest teilweise überstreicht. Ferner ist das Laserbearbeitungssystem dazu eingerichtet, mittels des Photodetektors eine durch die Blendenöffnungen jeweils transmittierte Energie des Laserstrahls während des Scanvorgangs zu er mitteln. Zudem ist das Laserbearbeitungssystem ferner dazu eingerichtet, eine Ausdehnung des Laserstrahls entlang der Scanrichtung anhand der ermittelten durch die erste Blendenöffnung transmittierten Energie des Laserstrahls zu be stimmen und einen Energieparameter des Laserstrahls anhand der ermittelten
durch die zweite Blendenöffnung transmittierten Energie des Laserstrahls zu be stimmen.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem als Laserbehandlungssystem zur oph- thalmischen bzw. refraktiven Chirurgie eines Auges, insbesondere zur refraktiven Hornhautchirurgie ausgebildet.
Eine Blendenanordnung gemäß einer Ausführungsform kann zudem gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Charakterisierung eines Laserstrahls einer Laser bearbeitungsvorrichtung in einer Arbeitsebene und in einer Kontrollebene (bspw. intern in dem Laserbearbeitungssystem) verwendet werden. Ebenso kann das Verfahren zur Charakterisierung derart durchgeführt werden, dass ein Kalibrie rungsparameter in Arbeitsebene ermittelt wird und ein Kontrollparameter in einer Kontrollebene ermittelt wird.
Optional wird das Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines La serbearbeitungssystems derart ausgeführt, dass dieses die folgenden Schritte um fasst:
- Bestimmen eines Energieparameters des Laserstrahls;
- Bereitstellen einer Kalibrationseinrichtung in einer Arbeitsebene des La serbearbeitungssystems und Beaufschlagen der Kalibrationseinrichtung mit dem Laserstrahl unter denselben Bedingungen, unter welchen eine Verwendung des Laserstrahls zur Bearbeitung eines Bearbeitungsobjek tes vorgesehen ist;
- Ermitteln eines Kalibrierungsparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene;
- Bereitstellen der Kalibrationseinrichtung in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene und Umlenken des Laserstrahls derart, dass die Kalibra tionseinrichtung in der Kontrollebene mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird;
- Ermitteln eines Kontrollparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene;
- Bestimmen eines Abweichungsfaktors, der eine Abweichung zwischen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparameter charakterisiert;
- Charakterisieren des Laserstrahls mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene unter Verwendung des Energieparameters und des Abwei chungsfaktors.
Die Kalibrationseinrichtung kann dabei eine Blendenanordnung umfassen oder als solche ausgebildet sein. Zudem kann das Ermitteln des Kalibrierungsparameters und/oder des Kontrollparameters gemäß einem Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems erfolgen.
Auch kann das zur Laserbearbeitungssystem gemäß einer optionalen Ausfüh rungsform zur Durchführung einer Charakterisierung des Laserstrahls in der Ar beitsebene und in der Kontrollebene ausgebildet sein. Das Laserbearbeitungssys tem kann dazu optional einen Energiesensor umfassen, welcher dazu ausgelegt ist, einen Energieparameter des Laserstrahls zu bestimmen. Ferner umfasst das Laserbearbeitungssystem dabei eine Kalibrationseinrichtung, welche wahlweise in einer Arbeitsebene des Laserbearbeitungssystems anordenbar und mit dem La serstrahl beaufschlagbar und in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene anordenbar und mit dem Laserstrahl beaufschlagbar ist, und ein Umlenkelement, welches derart im Strahlengang des Laserstrahls anordenbar ist, dass das Umlen kelement den auf die Arbeitsebene gerichteten Laserstrahl in die Kontrollebene umlenkt. Dabei ist das Laserbearbeitungssystem dazu eingerichtet, die Kalibrati onseinrichtung in der Arbeitsebene anzuordnen und einen Kalibrierungsparameter zu ermitteln, die Kalibrierungseinrichtung in der Kontrollebene anzuordnen und ei nen Kontrollparameterzu ermitteln, einen Abweichungsfaktor zu bestimmen, der eine Abweichung zwischen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparame- ter charakterisiert, und den Laserstrahl mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene unter Verwendung des Energieparameters und des Abweichungs faktors zu charakterisieren.
Optional ist die in der Kontrollebene bereitgestellte Kalibrationseinrichtung eine von der in der Arbeitsebene bereitgestellte Kalibrationseinrichtung separat ausge bildete Kalibrationseinrichtung. Mit anderen Worten werden gemäß einer optiona len Ausführungsform in der Kontrollebene und in der Arbeitsebene zwei separate Kalibrationseinrichtungen verwendet bzw. bereitgestellt. Dies bietet den Vorteil, dass optional die in der Kontrollebene angeordnete Kalibrationseinrichtung in Po sition verbleiben kann und lediglich die in der Arbeitsebene bereitgestellte Kalibra tionseinrichtung für die Behandlung eines Auges bzw. die Bearbeitung eines Be arbeitungsobjektes aus der Arbeitsebene entfernt werden muss. Die Kalibrations einrichtungen können optional gleichartig oder gar identisch ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen optionalen Ausführungsform wird sowohl in der Arbeitsebe ne als auch in der Kontrollebene dieselbe Kalibrationseinrichtung verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass nur eine Kalibrationseinrichtung bereitgestellt werden muss. Ferner bietet dies den Vorteil, dass Abweichungen zwischen dem Kalibrati onsparameter und dem Kontrollparameter aufgrund von Abweichungen zwischen den beiden separaten Kalibrationseinrichtungen vermieden werden können.
Optional erfolgt das Ermitteln des Kontrollparameters zeitlich unmittelbar nach dem Ermitteln des Kalibrationsparameters. Dies bietet den Vorteil, dass Abwei chungen aufgrund von zeitlichen Schwankungen im Laserbearbeitungssystem mi nimiert werden können.
Optional erfolgt das Bestimmen des Energieparameters zumindest während des Ermittelns des Kalibrierungsparameters und während des Ermittelns des Kontroll parameters. Besonders optional erfolgt das Bestimmen des Energieparameters fortlaufend. Dies bietet den Vorteil, dass Änderungen, die sich aus einer Abwei chung in der Energie des Laserstrahls ergeben, erkannt werden können und beim Vergleich des Kalibrierungsparameters mit dem Kontrollparameter berücksichtigt werden können.
Optional erfolgt das Umlenken des Laserstrahls ausschließlich mittels genau eines optischen Umlenkelements. Mit anderen Worten erfolgt eine Änderung des Strah lengangs des Laserstrahls für das Umlenken von der Arbeitsebene in die Kontroll ebene ausschließlich mittels des Umlenkelements. Dies bietet den Vorteil, dass störende Einflüsse auf den Laserstrahl, welche zu einer Abweichung zwischen dem in der Arbeitsebene und dem in der Kontrollebene bereitgestellten Laserstrahl führen können, auf ein Minimum reduziert werden. Besonders optional kann das Umlenkelement überwacht und/oder regelmäßig überprüft werden, beispielsweise indem eine Reflektivität und/oder Transmittivität des Umlenkelements ermittelt wird. Beispielsweise kann der Laserstrahl und oder eine andere optische Strah lung für diesen Zweck verwendet werden.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt, die Anordnung der Ka librationseinrichtung automatisiert zwischen der Arbeitsebene und der Kontrolle bene zu wechseln und/oder das Umlenkelement automatisiert in den Strahlengang des Laserstrahls einzubringen und/oder aus dem Strahlengang zu entfernen. Dies bietet den Vorteil, dass nur eine Kalibrationseinrichtung erforderlich ist und optio-
nal eine Kalibrierung und/oder eine Charakterisierung des Laserstrahls vollständig automatisiert durchgeführt kann.
Optional ist die Kalibrationseinrichtung dazu ausgelegt, einen Messwert bereitzu stellen, der linear mit der Laserenergie skaliert. Beispielsweise kann die Kalibrati onseinrichtung eine Blendenanordnung mit einer Blende und einem Photodetektor aufweisen, mittels welcher die Fluenz und/oder die Intensität des Laserstrahls dadurch bestimmt werden kann, dass der Laserstrahl über eine oder mehrere Blendenöffnungen der Blende gescannt wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das Messsignal des Photodetektors linear zur Energie und/oder Fluenz des Laser strahls ist.
Optional erfolgt das Umlenken des Laserstrahls in die Kontrollebene mittels eines Umlenkelements, welches zu diesem Zweck in den Strahlengang eingebracht wird. Beispielsweise kann das Umlenkelement als Spiegel ausgebildet sein. Ge mäß einer anderen Ausführungsform kann das Umlenkelement auch im Strahlen gang verbleiben und mittels einer Änderung dessen Orientierung ein Umlenken des Laserstrahls in die Kontrollebene erzielt werden.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt, die Kalibrationseinrich tung bzw. die Blendenanordnung selbstständig zwischen der Arbeitsebene und der Kontrollebene zu bewegen, beispielsweise mit einer entsprechenden Transla- tions- und/oder Schwenkvorrichtung. Beispielsweise erfolgt diese Positionsände rung derart, dass die Länge des optischen Pfads des Laserstrahls zur Arbeitsebe ne und zur Kontrollebene gleich ist.
Optional umfasst das Verfahren eine Funktionalitätsprüfung des Photodetektors, um dessen Funktion zu überprüfen. Beispielsweise kann eine solche Funktionali tätsprüfung anhand sekundärer Effekte einer Wechselwirkung zwischen dem La serstrahl und dem Detektor erfolgen, wie etwa unter Verwendung einer auftreten den Fluoreszenz und/oder Temperatur und/oder mechanischer Schockwellen und/oder Schallwellen.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform weist die Blendenanordnung zwei erste Blendenöffnungen aus, welche spaltförmig ausgebildet sind und parallel zueinan der verlaufen. Die Breite der spaltförmigen ersten Blendenöffnungen ist dabei klei ner als die Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene, sodass anhand ei-
nes Überstreichens der ersten Blendenöffnungen durch den Laserstrahl die durch die jeweilige Blendenöffnung transmittierte Energie des Laserstrahls ermittelt wer den kann und daraus eine Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene be stimmt werden kann. Auch sind die beiden spaltförmigen ersten Blendenöffnungen in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet, optional in einer Rich tung senkrecht zur Längsrichtung der spaltförmigen Blendenöffnungen. Anhand eines sequentiellen Überstreichens der beiden ersten Blendenöffnungen senk recht zur Längsrichtung der Spalte in einer Bewegung kann dabei zudem der Scanner bzw. die Ablenkeinrichtung des Laserbearbeitungssystems kalibriert wer den. Zudem weist die Blendenanordnung gemäß dieser optionalen Ausführungs form eine weitere Blendenöffnung auf, welche beispielsweise als Rundloch aus gebildet ist und eine derartige Form und Größe aufweist, dass der Laserstrahl im Wesentlichen vollständig durch die zweite Blendenöffnung transmittiert wird, wenn der Laserstrahl durch die zweite Blendenöffnung hindurchtritt, sodass mittels der zweiten Blendenöffnung die Energie bzw. Leistung des Laserstrahls ermittelt wer den kann. Der Photodetektor ist dabei derart angeordnet, dass der durch die je weilige Blendenöffnungen transmittierte Teil des Laserstrahls auf den Photodetek torfällt und von diesem ermittelt werden kann. Die zweite Blendenöffnung ist opti onal zwischen den beiden ersten Blendenöffnungen angeordnet. Dadurch kann in einer einzigen geradlinigen Scanbewegung der Laserstrahl derart geführt werden, dass dieser zunächst die erste spaltförmige Blendenöffnung, sodann die zweite (rundlochförmige) Blendenöffnung und anschließend die zweite spaltförmige Blen denöffnung überstreicht, sodass mit einer einzigen Scanbewegung eine Ermittlung der Ausdehnung des Laserstrahls (an der ersten Spaltförmige Blendenöffnung), eine Ermittlung der Energie des Laserstrahls (an der zweiten rundlochförmigen Blendenöffnung) und eine Kalibrierung des Scanners (anhand der Bewegung über die beiden spaltförmigen Blendenöffnungen) erfolgen können. Mittels der ermittel ten Größe und Energie des Laserstrahls kann die Fluenz bzw. Zielfluenz des La serstrahls in der Arbeitsebene bestimmt werden. So bietet diese Ausführungsform die Möglichkeit, die Ermittlung der Fluenz und die Kalibrierung des Scanners in ei nem einzigen Vorgang durchzuführen.
Gemäß einerweiteren optionalen Ausführungsform weist die Blendenöffnung eine spaltförmige Blendenöffnung, deren Breite kleiner als die Ausdehnung des Laser strahls in der Arbeitsebene ist und eine rundlochförmige Blendenöffnung, die grö ßer als die Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist, auf, um die Fluenz des Laserstrahls in der Arbeitsebene zu ermitteln. Diese Blendenöffnungen
sind dabei mit einem Photodetektor überlappend angeordnet, um die Energie des Laserstrahls und die Fluenz zu ermitteln. Ferner weist die Blendenanordnung ge mäß dieser Ausführungsform eine weitere spaltförmige Blendenöffnung auf, die mit einem Ziellaserdetektor überlappt, und mittels welcher eine Referenzierung zwischen dem Ziellaserstrahl und dem Laserstrahl erfolgen kann. Diese Ausfüh rungsform bietet den Vorteil, dass die Ermittlung der Fluenz des Laserstrahls und eine Referenzierung des Laserstrahls mit dem Ziellaserstrahl in einem Vorgang in er Arbeitsebene erfolgen werden kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Be stimmen einer Zielfluenz. Die Zielfluenz ist dabei ein angestrebter Sollwert der Fluenz, welche für die Bearbeitung mittels des Laserbearbeitungssystems ver wendet werden soll. Die Zielfluenz kann dabei von der Fokusgröße bzw. Spotgrö ße des Laserstrahls in der Arbeitsebene abhängen. So kann beispielsweise das Verfahren ein Ermitteln einer (tatsächlichen) Fluenz, d.h. eines Ist-Wertes der Fluenz, umfassen, sowie ein Ermitteln der Fokusgröße bzw. der Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene. Sofern die Fluenz außerhalb eines Toleranzbe reichs liegt, kann beispielsweise eine Nachjustierung bzw. Kalibrierung des Laser bearbeitungssystems vorgenommen oder vorgeschlagen werden, welche bei spielsweise eine Änderung der Leistung und/oder Energie des Laserstrahls um fasst, um die gewünschte Zielfluenz zu erreichen.
Das optionale Ermitteln der Zielfluenz kann beispielsweise derart erfolgen, dass erst der Strahldurchmesser d des Laserstrahls in der Arbeitsebene ermittelt wird. Daraus wird sodann (aus anderweitig bekannten Zusammenhängen) eine Ziel fluenz berechnet. Ferner wird die Energie des Laserstrahls gemessen. Aus Ener gie und Durchmesser d wird die aktuelle Fluenz des Laserstrahls in der Arbeits ebene bestimmt. Diese wird mit der Zielfluenz verglichen. Bei Abweichungen wird beispielsweise ein Laserparameter (meist die Energie des Laserstrhals) ange passt, so dass die tatsächliche Fluenz und die Zielfluenz hinreichend gut überein stimmen, d.h. bis ein eine vorbestimmte Toleranzgrenze unterschritten wird. Bei diesem Prozess kann demnach optional die Zielfluenz selbst eine Variable sein, die von dem Parameter Strahldurchmesser bzw. Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene abhängt.
Die Zielfluenz kann daher ein großes Maß an Information bieten, da in der Be rechnung der Zielfluenz aus dem Strahldurchmesser optional eine Abtragskalibra-
tion berücksichtigt ist (d.h. eine Angabe „wie viel Volumen PMMA oder Hornhaut wird bei welcher Strahlgröße und Energie ablatiert“). Diese Information wird optio nal unabhängig von dem hier beschriebenen Verfahren erhoben und vorbestimmt, sodass mittels der Fluenzkalibration ein korrekter Abtrag sichergestellt werden kann.
Beispielhafte Werte für die Zielfluenz (FZiel) bei einem Strahldurchmesser von 700 pm bzw. 600 pm können beispielsweise sein:
FZiel(700pm) = 190 mJ/cmA2 FZiel(600pm) = 240 mJ/cmA2
Die Zielfluenz weist typischerweise einen nicht-linearen Verlauf mit dem Strahl durchmesser auf.
Die optionale Ermittlung der Zielfluenz bietet eine gewisse Flexibilität mit (lang sam) schwankenden Durchmessern (z.B. bei Drifts in Abbildungssystemen), um dennoch den Abtrag gut kalibrieren zu können, da der Strahldurchmesser und die Laserenergie voll berücksichtigt werden.
Im Folgenden sind beispielhaft die Schritte für die optionale Ermittlung der Ziel fluenz gemäß einer optionalen Ausführungsform angegeben:
1) Bestimmen der Ausdehnung des Laserstahls (Spotgröße d) und der Energie E des Laserstrahls in der Arbeitsebene;
2) Berechnen der tatsächlichen Fluenz (Ist-Fluenz) anhand der Ausdehnung des Laserstrahls (d) und der Energie E;
3) Berechnen der Zielfluenz aus der Ausdehnung des Laserstrahls (d) und einer vorbestimmten Transformation;
4) Vergleichen der tatsächlichen Fluenz mit der Zielfluenz und bestimmen einer etwaigen Abweichung;
5) Prüfen der Notwendigkeit einer Kalibration des Laserbearbeitungssystems an hand der etwaigen Abweichung und ggf. Durchführen der Kalibration.
Die im Folgenden erläuterten optionalen Ausgestaltungen betreffen insbesondere die optionale Ausführungsformen, welche ein Beaufschlagen eines Prüfobjekts mit dem Laserstrahl und ein Ermitteln einer Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle aufgrund der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl umfasst. Diese können optional mit anderen Verfahren zur Charakterisierung des Laserstrahls kombiniert werden.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst das Ermitteln der Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle ein Messen der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle nach der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl und einen Vergleich der ermittelten Dicke mit der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle vor der Be aufschlagung mit dem Laserstrahl. Die Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle kann beispielsweise vorbekannt und im System hinterlegt sein, sodass ein Ver gleich der ermittelten Dicke nach der Beaufschlagung mit der vorbekannten Dicke vor der Beaufschlagung erfolgen kann. Dieser Vergleich kann optional durch eine mathematische Differenz- und/oder Verhältnisbildung der ermittelten Dicken reali siert werden. Der Vergleich kann optional dann benutzt werden, um eine nachfol gende Lasermaterialbearbeitung, beispielsweise an einer menschlichen Hornhaut, freizugeben und/oder um die Lasermaterialbearbeitung bzw. den Materialabtrag zu konfigurieren, beispielsweise hinsichtlich optimaler Bearbeitungsparametern, wie etwa Laserpulsenergien und/oder Anzahl der Laserpulse, Laserspotgrößen und/oder Scanmuster.
Um eine gewünschte Genauigkeit der Ermittlung der Dicke bzw. Dickenänderung von etwa zwischen 100 nm und 1 pm zu erzielen, ist es gemäß dieser optionalen Ausführungsform jedoch erforderlich, dass die Dicke des Prüfobjektes vor der Be aufschlagung mit dem Laserstrahl mit entsprechend hoher Genauigkeit bekannt ist.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst das Ermitteln einer Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle ferner ein Messen der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle vor der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl. Gemäß einer derartigen optionalen Ausführungsform kann zusätzlich zum Ermitteln der Dicke des Prüfobjekts nach dem Beaufschlagen mit dem Laserstrahls ein Ermit teln der Dicke des Prüfobjektes vor dem Beaufschlagen mit dem Laserstrahl erfol gen. Dies bietet den Vorteil, dass die Änderung der Dicke aufgrund der Beauf-
schlagung mit dem Laserstrahl besonders zuverlässig ermittelt werden kann. Au ßerdem ermöglicht dies die Verwendung von Prüfobjekten mit einer unbekannten Dicke und/oder einer Dicke, deren Spezifizierung nicht im Bereich der gewünsch ten Genauigkeit liegt, und/oder von Prüfobjekten mit einer ausgeprägten Oberflä chenrauigkeit relativ zur gewünschten Genauigkeit, wodurch die Bereitstellungs kosten für die Prüfobjekte gesenkt werden können und die Charakterisierung des Laserstrahls auf besonders kostengünstige Weise erfolgen kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Konfi gurieren des Laserstrahls für eine laufende und/oder eine nachfolgende Material bearbeitung mittels des Laserstrahls auf Basis der ermittelten Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle aufgrund der Beaufschlagung mit dem Laser strahl. Mit anderen Worten erfolgt optional eine Konfiguration und/oder ein Anpas sen von Parametern des Laserstrahls und/oder von anderen Parametern einer Materialabtragung mittels des Laserstrahls auf Basis der erfolgten Charakterisie rung des Laserstrahls. Besonders optional erfolgt eine regelmäßige Charakterisie rung des Laserstrahls und eine etwaige Anpassung von Parametern des Laser strahls und/oder des Materialabtragverfahrens auf Basis der Charakterisierung. Falls erforderlich kann die Charakterisierung des Laserstrahls auch ein Unterbre chen und/oder ein Abbrechen des Materialabtrags mittels des Laserstrahls erfor dern oder vorteilhaft erscheinen lassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine auto matisierte Anpassung des Laserstrahls erfolgen und/oder ein Hinweis an den Be nutzer ausgegeben werden, dass eine Anpassung des Laserstrahls und/oder der Vorrichtung zum Materialabtrag vorteilhaft oder erforderlich sein kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der Änderung der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle mittels einer optischen Messung der Dicke. Dies bietet den Vorteil, dass das Ermitteln besonders schnell und/oder sensitiv er folgen kann. Außerdem bietet dies Vorteile für eine zuverlässige Automatisierung des Ermittelns und der Auswertung der ermittelten Dicken.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst die optische Messung ein Ein strahlen von optischer Strahlung in das Prüfobjekt von einer der Einfallsrichtung des Laserstrahls abgewandten Seite des Prüfobjekts. Des Weiteren umfasst die optische Messung optional ein Detektieren einer Reflexion und/oder Streuung der optischen Strahlung an und/oder in der Prüfstelle des Prüfobjektes. Mit anderen Worten kann die Beaufschlagung des Prüfobjektes mit dem Laserstrahl auf einer
ersten Seite des Prüfobjektes erfolgen, während das Einstrahlen der optischen Strahlung zur Ermittlung der Dicke des Prüfobjektes auf der gegenüberliegenden Seite des Prüfobjektes erfolgt. Anhand einer Reflexion und/oder Streuung der ein gestrahlten optischen Strahlung an jener Oberfläche des Prüfobjektes, welche der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl ausgesetzt ist und/oder war, kann sodann die Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle ermittelt bzw. gemessen werden. Dies bietet den Vorteil, dass die optische Messung mit einem besonders einfachen und/oder kompakten Messaufbau durchgeführt werden kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform umfasst die optische Messung ein Messen der Dicke des Prüfobjekts an der Prüfstelle mittels zumindest eines kon- fokal-chromatischen Sensors. Dies erlaubt eine besonders präzise und schnelle Messung der Dicke des Prüfobjekts. Außerdem ermöglicht die Verwendung von einem oder mehreren konfokal-chromatischen Sensoren eine zuverlässige Auto matisierung der optischen Messung und der Auswertung der Messergebnisse zur Charakterisierung des Laserstrahls. Beispielsweise können dazu konfokal- chromatische Sensoren verwendet werden, wie diese von dem Hersteller MIKRO EPSILON angeboten werden. Derartige konfokal-chromatische Sensoren bieten den Vorteil, dass diese in einer großen Vielfalt hinsichtlich der Größe des Messfel des und der erzielbaren Messgenauigkeit verfügbar sind und somit die konfokal- chromatischen Sensoren diesbezüglich an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden bzw. entsprechend ausgewählt werden können. Insbesondere sind konfo kal-chromatische Sensoren mit einer Messgenauigkeit bis zu 10 nm verfügbar, sodass diese Sensoren in der Lage sind, die für die refraktive Korrektur der Horn haut erforderliche Genauigkeit bei der Charakterisierung des Laserstrahls zu er zielen.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform wird der Laserstrahl als gepulster La serstrahl bereitgestellt, wobei das Beaufschlagen des Prüfobjekts mit dem Laser strahl optional derart erfolgt, dass eine einzelne Laserpulssequenz bzw. eine Puls folge bzw. eine Reihe bzw. Mehrzahl von Laserpulsen mit einer bestimmten An zahl von Laserpulsen an der Prüfstelle des Prüfobjekts den Teil des Materials des Prüfobjekts abträgt. Optional erfolgt an anderen Prüfstellen ein Beaufschlagen des Prüfobjekts mit jeweils einerweiteren Laserpulssequenz. Dies bietet den Vorteil, dass die Charakterisierung des Laserstrahls besonders genau erfolgen kann, da die Menge der beaufschlagten Energie anhand der Anzahl der Laserpulse beson ders genau spezifiziert werden kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform werden die verschiedenen Prüfstellen mit Laserpulssequenzen unterschiedlicher Energie beaufschlagt. Dies erlaubt eine besonders präzise Charakterisierung auf Basis eines Vergleichs der Dicke der un terschiedlichen Prüfstellen.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist das Prüfobjekt zumindest teileweise aus PMMA ausgebildet. Optional ist das Prüfobjekt derart dimensioniert, dass eine oder mehrere Prüfstellen auf dem Prüfobjekt angeordnet werden können. Bei spielsweise kann das Prüfobjekt wesentlich größer sein, als eine einzelne Prüfstel le. Beispielsweise kann das Prüfobjekt relativ zum Laserstrahl in einer Richtung und/oder Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls verschoben werden und/oder der Laserstrahl relativ zum Prüfobjekt bewegt werden, um eine andere Stelle des Prüfobjektes mit dem Laserstrahl zu beaufschlagen. Gemäß ei ner optionalen Ausführungsform kann beispielsweise das Prüfobjekt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bzw. optischen Achse des Laserstrahls gedreht werden, um für jeden Puls und/oder jede vorbestimmte Reihe an Laserpulsen bzw. jede Puls folge eine separate Prüfstelle bereitzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass das Prüfobjekt mehrmals verwendet werden kann und entsprechend die Notwendigkeit zum Wechseln des Prüfobjekts reduziert wird und/oder die Häufigkeit des Wech sels reduziert wird. Folglich bietet dies den Vorteil, dass die Wartungsarbeiten ver ringert werden können. Für eine optionale mehrfache Verwendung des Prüfobjek tes, insbesondere zwischen mehreren Hornhautbearbeitungen ist es vorteilhaft, dass der Laserstrahl zeitweise aus der Bearbeitungszone der Hornhaut herausge lenkt und auf ein an anderer Stelle befindliches Prüfobjekt umgelenkt wird, bei spielweise mittels eines Klappspiegels, oder aber dass das Prüfobjekt zwischen Behandlungen in den üblichen Hornhautbehandlungsbereich eingeklappt und/oder optional motorisiert eingefahren werden kann. Die Abweichung der Lagen des La serfokus auf Hornhaut und auf Prüfobjektoberfläche sollte dabei optional klein ge staltet werden, um die Bearbeitungsbedingungen ähnlich zu halten, beispielsweise so, dass die Laserspotgrößen optional weniger als einen Faktor 2 voneinander abweichen.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform einer optionalen Ausführungsform kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass mittels einer Relativbewegung zwi schen dem Prüfobjekt und des zumindest einen konfokal-chromatischen Sensors zumindest teilweise senkrecht zur optischen Achse das Prüfobjekt zumindest ein
Teil des Prüfobjekts abgescannt werden kann und dabei die Dicke an zumindest einer Prüfstelle ermittelt wird. Die Relativbewegung kann beispielsweise durch ein Bewegen des zumindest einen konfokal-chromatischen Sensors und/oder des Prüfobjekts erreicht werden. Durch die Herbeiführung einer Relativbewegung und das Scannen zumindest eines Teils des Prüfobjekts kann die untersuchbare Flä che deutlich vergrößert werden. Auch kann dadurch optional erreicht werden, dass die Dicke in verschiedene Abtragungszonen bzw. Prüfstellen mit dem selben kon- fokal-chromatischen Sensors ermittelt wird, wobei die verschiedenen Prüfstellen bzw. Abtragungszonen beispielsweise mit unterschiedlichen Schusszahlen bzw. Laserpulszahlen und/oder mit einer unterschiedlichen Strahlungsenergie beauf schlagt wurden. Dies kann vorteilhaft sein, um den Materialabtrag pro Laserpuls bzw. Schuss zu ermitteln.
Gemäß einerweiteren optionalen Ausführungsform wird die optische Achse des konfokal-chromatischen Sensors mit der optischen Achse des Laserstrahls über lagert, beispielsweise mittels eines Strahlteilers. Dadurch kann optional erreicht werden, dass der Materialabtrag durch jeden einzelnen Schuss bzw. Laserpuls ermittelt werden kann, auch bei der Bearbeitung der Hornhaut eines menschlichen Auges. Bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, den konfokal- chromatischen Sensor auf derselben Seite des Prüfobjekts bzw. der Hornhaut an zuordnen, von der auch der Laserstrahl einfällt.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Charakterisie rung des Laserstrahls in ein Lasersystem integriert sein bzw. werden. Die Vorrich tung kann dabei optional eine Einrichtung zur automatisierten Bereitstellung eines Prüfobjektes aufweisen. Beispielsweise können in der Vorrichtung und/oder im Lasersystem mehrere Prüfobjekte vorrätig bereitgehalten werden, die sodann bei Bedarf für die Charakterisierung des Laserstrahls verwendet und bereitgestellt werden. Ferner kann die Vorrichtung und/oder das Lasersystem beispielsweise einen Wartungsschacht aufweisen, aus welchem beispielsweise verbrauchte Prüfobjekte entnommen und/oder unbenutzte Prüfobjekte nachgeladen werden können. Beispielsweise können ein oder mehrere Prüfobjekte auch in Form eines Folienbandes und/oder in Form einer verstellbaren und/oder drehbaren Kunst stoffscheibe ausgebildet sein, welche durch ein Verschieben und/oder Rotieren bzw. Drehen senkrecht zur optischen Achse des Laserstrahls mehrere geeignete Fläche für Prüfstellen bieten. Beispielsweise kann die Kunststoffscheibe nach Art einer CD ausgebildet sein. Dies kann den Wartungsaufwand zum Austauschen
der Prüfobjektereduzieren. Optional werden auf diese Weise mehrere Tausend Vorgänge zur Charakterisierung des Laserstrahls ermöglicht, bevor das oder die Prüfobjekte ausgewechselt werden müssen.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform kann das Verfahren zur Charakterisie rung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems ferner ein Bestimmen eines Energieparameters des Laserstrahls umfassen. Zudem kann das Verfahren ein Bereitstellen einer Kalibrationseinrichtung in einer Arbeitsebene des Laserbe arbeitungssystems und Beaufschlagen der Kalibrationseinrichtung mit dem Laser strahl unter denselben Bedingungen, unter welchen eine Verwendung des Laser strahls zur Bearbeitung eines Bearbeitungsobjektes vorgesehen ist, sowie ein Er mitteln eines Kalibrierungsparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene beinhalten. Ferner kann das Verfahren ein Bereitstellen der Kalibra tionseinrichtung in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene und Umlenken des Laserstrahls derart, dass die Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird, sowie ein Ermitteln eines Kontrollparameters mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene beinhalten. Außerdem um fasst das Verfahren gemäß der optionalen Ausführungsform ein Bestimmen eines Abweichungsfaktors, der eine Abweichung zwischen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparameter charakterisiert, sowie ein Charakterisieren des Laser strahls mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene unter Verwendung des Energieparameters und des Abweichungsfaktors.
Ferner umfasst eine Vorrichtung zur refraktiven Hornhautkorrektur gemäß einer optionalen Ausführungsform ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Bearbeitungsobjektes mittels eines Laserstrahls oder ist als solches Laserbearbei tungssystem ausgebildet. Das Laserbearbeitungssystem umfasst dabei einen Energiesensor, welcher dazu ausgelegt ist, einen Energieparameter des Laser strahls zu bestimmen. Ferner umfasst das dabei Laserbearbeitungssystem eine Kalibrationseinrichtung, welche wahlweise in einer Arbeitsebene des Laserbear beitungssystems anordenbar und mit dem Laserstrahl beaufschlagbar und in einer Kontrollebene außerhalb der Arbeitsebene anordenbar und mit dem Laserstrahl beaufschlagbar ist, und ein Umlenkelement, welches derart im Strahlengang des Laserstrahls anordenbar ist, dass das Umlenkelement den auf die Arbeitsebene gerichteten Laserstrahl in die Kontrollebene umlenkt. Dabei ist das Laserbearbei tungssystem dazu eingerichtet, die Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene anzuordnen und einen Kalibrierungsparameter zu ermitteln, die Kalibrierungsein-
richtung in der Kontrollebene anzuordnen und einen Kontrollparameter zu ermit teln, einen Abweichungsfaktor zu bestimmen, der eine Abweichung zwischen dem Kalibrierungsparameter und dem Kontrollparameter charakterisiert, und den La serstrahl mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene unter Verwen dung des Energieparameters und des Abweichungsfaktors zu charakterisieren.
Die Kalibrationseinrichtung ist dabei optional als eine Vorrichtung zur Charakteri sierung eines Laserstrahls gemäß einer optionalen Ausführungsform ausgebildet oder umfasst eine solche. Insbesondere umfasst eine Kalibrationseinrichtung eine Prüfobjekthalterung und eine Messeinrichtung, wobei für die Charakterisierung des Laserstrahls ein Prüfobjekt in der Prüfobjekthalterung bereitgestellt wird.
Das Verfahren zur Charakterisierung eines Laserstrahls einer Laserbearbeitungs vorrichtung bzw. einer Vorrichtung zur refraktiven Hornhautkorrektur gemäß einer optionalen Ausführungsform kann daher optional in der Arbeitsebene und auch in der Kontrollebene, optional intern innerhalb des Laserbearbeitungssystems, durchgeführt werden.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist die in der Kontrollebene bereitge stellte Kalibrationseinrichtung eine von der in der Arbeitsebene bereitgestellte Ka librationseinrichtung separat ausgebildete Kalibrationseinrichtung. Mit anderen Worten werden gemäß einer optionalen Ausführungsform in der Kontrollebene und in der Arbeitsebene zwei separate Kalibrationseinrichtungen verwendet bzw. bereitgestellt. Dies bietet den Vorteil, dass optional die in der Kontrollebene ange ordnete Kalibrationseinrichtung in Position verbleiben kann und lediglich die in der Arbeitsebene bereitgestellte Kalibrationseinrichtung für die Behandlung eines Au ges bzw. die Bearbeitung eines Bearbeitungsobjektes aus der Arbeitsebene ent fernt werden muss. Die Kalibrationseinrichtungen können optional gleichartig oder gar identisch ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen optionalen Ausführungsform wird sowohl in der Arbeitsebe ne als auch in der Kontrollebene dieselbe Kalibrationseinrichtung verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass nur eine Kalibrationseinrichtung bereitgestellt werden muss. Ferner bietet dies den Vorteil, dass Abweichungen zwischen dem Kalibrati onsparameter und dem Kontrollparameter aufgrund von Abweichungen zwischen den beiden separaten Kalibrationseinrichtungen vermieden werden können.
Optional erfolgt das Ermitteln des Kontrollparameters zeitlich unmittelbar nach dem Ermitteln des Kalibrationsparameters. Dies bietet den Vorteil, dass Abwei chungen aufgrund von zeitlichen Schwankungen im Laserbearbeitungssystem mi nimiert werden können.
Optional erfolgt das Bestimmen des Energieparameters zumindest während des Ermittelns des Kalibrierungsparameters und während des Ermittelns des Kontroll parameters. Besonders optional erfolgt das Bestimmen des Energieparameters fortlaufend. Dies bietet den Vorteil, dass Änderungen, die sich aus einer Abwei chung in der Energie des Laserstrahls ergeben, erkannt werden können und beim Vergleich des Kalibrierungsparameters mit dem Kontrollparameter berücksichtigt werden können.
Optional erfolgt das Umlenken des Laserstrahls ausschließlich mittels genau eines optischen Umlenkelements. Mit anderen Worten erfolgt eine Änderung des Strah lengangs des Laserstrahls für das Umlenken von der Arbeitsebene in die Kontroll ebene ausschließlich mittels des Umlenkelements. Dies bietet den Vorteil, dass störende Einflüsse auf den Laserstrahl, welche zu einer Abweichung zwischen dem in der Arbeitsebene und dem in der Kontrollebene bereitgestellten Laserstrahl führen können, auf ein Minimum reduziert werden. Besonders optional kann das Umlenkelement überwacht und/oder regelmäßig überprüft werden, beispielsweise indem eine Reflektivität und/oder Transmittivität des Umlenkelements ermittelt wird. Beispielsweise kann der Laserstrahl und oder eine andere optische Strah lung für diesen Zweck verwendet werden.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt, die Anordnung der Ka librationseinrichtung automatisiert zwischen der Arbeitsebene und der Kontrolle bene zu wechseln und/oder das Umlenkelement automatisiert in den Strahlengang des Laserstrahls einzubringen und/oder aus dem Strahlengang zu entfernen. Dies bietet den Vorteil, dass nur eine Kalibrationseinrichtung erforderlich ist und optio nal eine Kalibrierung und/oder eine Charakterisierung des Laserstrahls vollständig automatisiert durchgeführt kann.
Optional ist die Kalibrationseinrichtung dazu ausgelegt, einen Messwert bereitzu stellen, der linear mit der Laserenergie skaliert. Beispielsweise kann die Kalibrati onseinrichtung dazu eingerichtet sein, einen Materialabtrag und/oder eine Ände rung einer Dicke eines Prüfobjektes aufgrund einer Beaufschlagung mit dem La-
serstrahl zu ermitteln, wobei der Materialabtrag und/oder die Änderung der Dicke optional linear mit der Energie des Laserstrahls skalieren. Alternativ kann die Ka librationseinrichtung eine Blendenanordnung mit einer Blende und einem Photode tektor aufweisen, mittels welcher die Fluenz und/oder die Intensität des Laser strahls dadurch bestimmt werden kann, dass der Laserstrahl über eine oder meh rere Blendenöffnungen der Blende gescannt wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das Messsignal des Photodetektors linear zur Energie des Laserstrahls ist.
Optional erfolgt das Umlenken des Laserstrahls in die Kontrollebene mittels eines Umlenkelements, welches zu diesem Zweck in den Strahlengang eingebracht wird. Beispielsweise kann das Umlenkelement als Spiegel ausgebildet sein. Ge mäß einer anderen Ausführungsform kann das Umlenkelement auch im Strahlen gang verbleiben und mittels einer Änderung dessen Orientierung ein Umlenken des Laserstrahls in die Kontrollebene erzielt werden.
Optional ist das Laserbearbeitungssystem dazu ausgelegt, die Kalibrationseinrich tung selbstständig zwischen der Arbeitsebene und der Kontrollebene zu bewegen, beispielsweise mit einer entsprechenden Translations- und/oder Schwenkvorrich tung. Beispielswies erfolgt diese Positionsänderung derart, dass die Länge des optischen Pfads des Laserstrahls zur Arbeitsebene und zur Kontrollebene gleich ist.
Es versteht sich, dass die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkma le und Ausführungsformen nicht nur in den jeweils explizit genannten Kombinatio nen als offenbart anzusehen sind, sondern dass auch andere technisch sinnhafte Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile von optionalen Ausführungsformen sollen nun anhand von den folgenden Beispielen und optionalen Ausführungsformen mit Be zug auf die Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1A bis 1 D schematische Darstellungen von Blendenanordnungen gemäß optionaler Ausführungsformen.
Fig. 2A und 2B zwei Querschnittansichten einer Blendenanordnung gemäß einer optionalen Ausführungsform.
Fig. 3 eine Erläuterung einer optionalen Ausführungsform der Be stimmung der Ausdehnung des Laserstrahls.
Fig. 4 ein Bearbeitungssystem gemäß einer optionalen Ausführungs form.
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Blendenanordnung gemäß der Ausführungsform aus Figur 2 mit weiteren Erläuterungen.
Fig. 6A und 6B ein Laserbearbeitungssystem 1000 gemäß einer optionalen Ausführungsform in zwei verschiedenen Betriebsmodi zur Charakterisierung des Laserstrahls 1002.
Fig. 7A und 7B in schematischen Darstellungen einen Bearbeitungskopf
1020 eines Laserbearbeitungssystems 1000 gemäß einer optionalen Ausführungsform.
Figuren 8A und 8B eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines Laserstrahls ge mäß einer optionalen Ausführungsform.
Figur 9 eine Vorrichtung gemäß einer optionalen Ausführungsform zur
Charakterisierung des Laserstrahls während einer refraktiven Korrektur einer Hornhaut.
Figuren 10A bis 10C verschiedene optionale Ausführungsformen von Prüfob jekten.
In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschie denen Ausführungsformen der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen be zeichnet.
Fig. 1A zeigt in einer schematischen Darstellung eine Blendenanordnung 10 ge mäß einer optionalen Ausführungsform in Draufsicht. In der Draufsicht ist insbe sondere eine Blende 12 der Blendenanordnung 10 zu erkennen, in welcher meh-
rere Blendenöffnungen 14 ausgebildet sind. Zu den Blendenöffnungen 14 gehören insbesondere schlitzartige Blendenöffnungen 14a, welche jeweils paarweise in ei nem vorbestimmten Abstand 100a bzw. 100b voneinander ausgebildet sind und jeweils eine vorbestimmte Breite aufweisen. Gemäß der dargestellten Ausfüh rungsform weisen die Blendenöffnungen 14a jeweils die gleiche Dicke auf und auch die Abstände 100a und 100b sind gleich dimensioniert. Gemäß anderen Ausführungsformen kann dies jedoch anders sein.
Ferner weist die Blendenanordnung 10 eine weitere Blendenöffnung 14b auf, wel che als Rundloch ausgebildet ist und gemäß der gezeigten Ausführungsform zent ral in der Blende 12 angeordnet ist. Die schlitzartigen Blendenöffnungen 14a sind um die zentrale, runde Blendenöffnung 14b herum angeordnet.
Unterhalb der Blende 12 (und daher in Figur 1 A nicht erkennbar) ist ein Photode tektor 16 angeordnet, dessen Detektorfläche 16 mit den Blendenöffnungen 14 überlappt. Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist der Photodetektor 16 ei ne runde Detektorfläche auf, deren Umfangsbegrenzung mit der gestrichelten Li nie angedeutet ist. Der Photodetektor 16 ist dazu ausgelegt, einen Laserstrahl, d.h. einen Arbeitslaserstrahl, zu detektieren und die von dem Laserstrahl auf den Photodetektor eingestrahlte Energie zu bestimmen. Der Photodetektor 16 ist da her auf die Wellenlänge des Laserstrahl ausgelegt. Wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im ultravioletten Spektralbereich verwendet, so ist der Photodetektor 16 optional auch auf den ultravioletten Spektralbereich oder die entsprechende Wellenlänge des Arbeitsstrahls ausgelegt. Eine Rasterung des Photodetektors 16, d.h. eine Pixelung, ist dabei nicht zwingend erforderlich, aber durchaus möglich. Vielmehr ist es ausreichend, dass die durch eine bzw. die Blendenöffnungen 14 transmittierte Energie des Laserstrahls mittels des Photodetektors detektiert und die Energie bestimmt werden kann.
Der Photodetektor 16 und die Blendenöffnung 12 sind dabei derart übereinander angeordnet, dass alle Blendenöffnungen 14 mit dem Photodetektor 16 überlap pen. Die Energie, die durch jede der Blendenöffnungen 14 transmittiert wird, wenn die jeweilige Blendenöffnung 14 von dem Laserstrahl überstrichen wird, fällt auf den Photodetektor 16 und kann von diesem detektiert werden.
Außerdem weist die Blendenanordnung 10 gemäß der gezeigten Ausführungsform zwei weitere Blendenöffnungen 18 für den Ziellaserstrahl auf, welche ebenfalls
schlitzförmig mit einer vorbestimmten Ausdehnung bzw. Breite ausgebildet sind und in dem vorbestimmten Abstand 100a voneinander angeordnet sind. Da der Ziellaserstrahl typischerweise eine andere Zentralwellenlänge aufweist, als der Arbeitslaserstrahl und daher der Photodetektor 16 möglicherweise nicht dazu aus gelegt ist, den Ziellaserstrahl zu detektieren und/oder dessen Energie und/oder Leistung zu bestimmen, ist den Blendenöffnungen 18 jeweils ein separater Ziella serdetektor 20 zugeordnet, der jeweils unterhalb der zugehörigen Blendenöffnung 18 angeordnet ist, wie anhand der gestrichelten Linie angegeben ist. Eine der bei den Blendenöffnungen 18 verläuft vertikal und weist eine vorbestimmte Breite in horizontaler Richtung auf, wohingegen die andere Blendenöffnung 18 horizontal verläuft und eine vorbestimmte Breite in vertikaler Richtung aufweist. Dadurch kann die Ausdehnung des der Ziellaserstrahls in beiden Dimensionen in der Ar beitsebene, im vorliegenden Fall horizontal und vertikal bezeichnet, ermittelt wer den.
Dadurch ermöglicht die Blendenanordnung die Überprüfung des Laserstrahls und auch des Ziellaserstrahls, wenngleich diese gänzlich unterschiedliche Zentralwel lenlängen aufweisen.
Die Blendenanordnung 10 ist dabei derart dimensioniert und ausgebildet, dass diese in der Arbeitsebene eines Laserbearbeitungssystems angeordnet werden kann. Insbesondere ist es daher vorteilhaft, die Abmessungen der Blendenanord nung 10 derart zu wählen, dass eine Positionierung in ggf. beengten Verhältnis am Ort der Arbeitsebene möglich ist.
Figur 1 B zeigt eine Blendenanordnung 10 gemäß einer weiteren optionalen Aus führungsform. Die Blendenanordnung gemäß dieser optionalen Ausführungsform weist zwei schlitzartige bzw. schlitzförmige Blendenöffnungen 14a auf, die in ei nem vorbestimmten Abstand 100a voneinander parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Die Blendenöffnungen 14a weisen dabei eine Breite auf, die deutlich kleiner als der mittlere Durchmesser bzw. die mittlere Ausdehnung des Laserstrahls in der Arbeitsebene ist. Zudem weist die Blendenanordnung 10 eine weitere Blendenöffnung 14b auf, die als Rundloch ausgebildet ist und größer als der Laserstrahl in der Arbeitsebene ist, sodass der Laserstrahl im Wesentlichen vollständig durch die rundlochförmige Blendenöffnung 14b transmittiert werden kann. Ferner weist die Blendenanordnung 10 einen unter der Blende 12 angeord-
neten Photodetektor 16 auf, der durch die Blendenöffnung hindurchtretende La serstrahlung des Laserstrahls erfassen und detektieren kann.
Diese Blendenanordnung 10 ermöglicht eine Ermittlung der Fluenz des Laser strahls in der Arbeitsebene sowie eine Kalibrierung des Scanners in einem Vor gang. Dies kann beispielsweise durch ein Scannen des Laserstrahls in einer ge radlinigen Bewegung von links beginnend über die Blendenanordnung erfolgen, sodass der Laserstrahl zunächst die linke schlitzartige Blendenöffnung 14a (senk recht zur Längsachse der Blendenöffnung überstreicht), sodann mittig durch die rundlochförmige Blendenöffnung 14b hindurchtritt und im weiteren Verlauf auch die rechte spaltförmige Blendenöffnung 14a überstreicht. Ein Scan des Laser strahls in die entgegengesetzte Richtung, d.h. von rechts nach links, ist gleicher maßen geeignet. Anhand des Überstreichens der ersten und/oder zweiten schlitz artigen Blendenöffnung 14a durch den Laserstrahl kann die Größe bzw. Ausdeh nung des Laserstrahls in der Arbeitsebene ermittelt werden. Anhand des mittig durch die rundlochförmige Blendenöffnung 14b hindurchtretenden Laserstrahls kann die Energie bzw. Leistung des Laserstrahls ermittelt werden, sodass aus den ermittelten Informationen die Fluenz in der Arbeitsebene ermittelt werden kann. Außerdem kann anhand der Bewegung über die beiden schlitzartigen Blendenöff nungen 14a die Scannerbewegung kalibriert werden, sodass in einem Vorgang der Laserstrahl charakterisiert und der Scanner kalibriert werden können.
Optional kann die Blendenanordnung noch zwei weitere schlitzartige Blendenöff nung 14a aufweisen, welche senkrecht zu den anderen beiden schlitzartigen Blendenöffnungen 14a angeordnet ist (gestrichelt dargestellt). Diese kann dazu verwendet werden, die Ausdehnung des Laserstrahls entlang der anderen Dimen sion in der Arbeitsebene (vertikal in der Figur) zu ermitteln und eine Scannerbe wegung auch in dieser Richtung zu kalibrieren.
Figur 1C zeigt eine Blendenanordnung 10 gemäß einerweiteren Ausführungs form, welche in weiten Teilen der in Figur 1 B gezeigten Ausführungsform ent spricht, aber darin von dieser abweicht, dass nur eine vertikalverlaufende, schlitz artige Blendenöffnung 14a für die Ermittlung der Ausdehnung des Laserstrahls ausgebildet ist und anstatt dessen eine weitere vertikal verlaufende, schlitzartige Blendenöffnung 18 für die Ermittlung der Ausdehnung des Ziellasers ausgebildet ist. Die schlitzartige Blendenöffnung 18 überlappt demnach auch mit einem Ziella serdetektor 20, sodass die durch die Blendenöffnung 18 hindurchtretende Strah-
lung dies Ziellaserstrahls detektiert werden kann und die Ausdehnung des Ziella serstrahls in der Arbeitsebene ermittelt werden kann. Diese Ausführungsform er möglicht eine Charakterisierung der Fluenz des Laserstrahls und eine Referenzie- rung des Ziellaserstrahls mit dem Laserstrahl in der Arbeitsebene in einem Vor gang.
Figur 1 D zeigt eine weitere optionale Ausführungsform einer Blendenanordnung 10, welche sich insbesondere durch ihre Einfachheit auszeichnet. Die Blendenan ordnung 10 weist lediglich eine einzige Blendenöffnung 14 auf, welche als recht eckiges Loch mit vorbestimmten Abmessungen ausgebildet ist. Unter der Blen denöffnung 14 bzw. der Blende 12 ist, wie auch bei den anderen Ausführungsfor men, ein Photodetektor 16 angeordnet, auf den das durch die Blendenöffnung hindurchtretende Licht des Laserstrahls trifft. Insbesondere ist die Blendenöffnung 14 dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei gegenüberliegende, parallele und optional geradlinig verlaufende Kanten aufweist. Eine Charakterisierung des La serstrahls kann unter Verwendung einer Blendenanordnung 10 gemäß dieser Aus führungsform beispielsweise dadurch erfolgen, dass in einer geradlinigen Scan bewegung der Laserstrahl in der Arbeitsebene derart über die Blendenanordnung 10 geführt wird, dass der Laserstrahl die Blendenöffnung 14 überstreicht. Das Überstreichen erfolgt dabei optional derart, dass die Bewegung des Laserstrahls während des Scans senkrecht über zwei gegenüberliegende Kanten der Blenden öffnung 14 erfolgt. Beispielsweise kann eine solche Scanbewegung in der gezeig ten Blendenöffnung horizontal oder vertikal erfolgen. Anhand des Überstreichens der Kanten der Blendenöffnung 14 kann zum einen die Ausdehnung des Laser strahls in der Arbeitsebene ermittelt werden und zum anderen der Scanner (an hand des vorbestimmten Abstands der Kanten) kalibriert werden. Die Blendenöff nung 14 ist dabei derart dimensioniert, dass der Laserstrahl im Wesentlichen voll ständig transmittiert wird, wenn dieser zentriert durch die Blendenöffnung 14 hin durchtritt. Auf diese Weise kann auch die Energie bzw. Leistung des Laserstrahls mittels des Photodetektors 16 ermittelt werden. Somit kann auch unter Verwen dung einer Blendenöffnung gemäß dieser Ausführungsform die Fluenz des Laser strahls in der Arbeitsebene ermittelt werden und im gleichen Vorgang der Scanner kalibriert werden.
Wenn zudem noch ein Ziellaserstrahl eingesetzt werden soll, so ist optional auch hier eine weitere Blende 18 mit einem darunter angeordneten Photodetektor 20
möglich, um Bearbeitungslaserstrahl und Ziellaserstrahl zueinander zu kalibrieren, wie bereits oben beschrieben.
Figur 2A zeigt die Blendenanordnung 10 gemäß einer optionalen Ausführungsform in einer schematischen Querschnittansicht entlang einer Querschnittslinie A-A’, wie in Figur 1 gezeigt. Dabei ist erkennbar, dass die Blendenanordnung ein Trä gerelement 22 aufweist, auf welcher oben-liegend die Blende 12 angeordnet ist. Das Trägerelement 22 stützt die Blende 12 in den Randbereichen ab und bildet einen Hohlraum innerhalb des Trägerelements 22 unterhalb der Blende 12. In dem Hohlraum unterhalb der Blende 12 ist der Photodetektor 16 angeordnet, sodass der Photodetektor bzw. die Detektorfläche mit den darüber liegenden Blendenöff nungen 14a und 14b überlappen. Wird eine der Blendenöffnungen 14a und 14b von dem Laserstrahl überstrichen, wird zumindest ein Teil der Energie des Laser strahls durch die jeweilige Blendenöffnung 14a, 14b transmittiert und fällt auf den darunter liegenden Photodetektor 16. Die Blende 14b ist dabei hinsichtlich Form und Größe derart gewählt, dass der Laserstrahl im Wesentlichen vollständig transmittiert werden kann. Die Blendenöffnungen 14a sind entlang der in Figur 2A horizontal verlaufenden Richtung deutlich kleiner als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls, sodass mittels eines Überstreichens der jeweiligen Blendenöffnung 14a die Größe des Laserstrahls ermittelt werden kann.
Figur 2B zeigt eine weitere schematische Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie B-B’, wie in Figur 1 gezeigt. Dieser Querschnitt schneidet die Blenden öffnungen 18 quer und eine Blendenöffnung 14a längs. Dabei ist erkennbar, dass unterhalb der Blendenöffnungen 18 auf entsprechenden Auslegern des Stützele ments 22 jeweils ein Ziellaserdetektor 20 angeordnet ist, sodass ein Teil des Ziel laserstrahls beim Überstreichen der jeweiligen Blendenöffnung 18 auf den Ziella serdetektor 20 fällt und von diesem detektiert werden kann. Gemäß der gezeigten Ausführungsform überlappen die Ziellaserdetektoren 20 bzw. die stützenden Aus leger des Stützelements 22 mit dem darunter angeordneten Photodetektor 16.
Dies ist jedoch unerheblich, da an der gezeigten Stelle der Photodetektor ohnehin nur die durch die darüber liegende Blendenöffnung transmittierte Energie des Ar beitslaserstrahls zu detektieren braucht, welche ungehindert durch die Blenden öffnung 14a und die Ausleger des Stützelements 22 hindurchtreten kann. Auf die se Weise kann eine besonders kompakt und platzsparende Blendenanordnung 10 bereitgestellt werden, die auch in Arbeitsebenen mit begrenztem Raumangebot anbringbar ist.
Dadurch, dass der Photodetektor 16 von der Blende 12 beabstandet ist, ist der Photodetektor in zurückgesetzter Position angeordnet, relativ zur Blende 12, die zur Überprüfung des Laserstrahls in der Arbeitsebene angeordnet ist. Insbesonde re für Ausführungsformen, in denen der Laserstrahl in die Arbeitsebene fokussiert wird, kann dies vorteilhaft sein, da sodann in der Ebene des Photodetektors 16 der Laserstrahl bereits einen größeren Durchmesser aufweist und entsprechend mit geringerer Intensität auf den Photodetektor 16 trifft. Dadurch kann die Belastung des Photodetektors 16 reduziert werden und/oder ein Photodetektor 16 mit gerin gerer Zerstörschwelle verwendet werden. Auch bietet diese zurückgesetzte An ordnung den Vorteil, dass der auftreffende Laserstrahl einen größeren Durchmes ser aufweist und daher eine größere Sensorfläche den Laserstrahl detektiert, wodurch die Genauigkeit erhöht und/oder die Empfindlichkeit hinsichtlich örtlicher Schwankungen der Sensorsensitivität des Photodetektors reduziert werden kann.
Die Ziellaserdetektoren 20 sind hingegen näher an der Blende 12 und somit näher an der Arbeitsebene angeordnet. Da jedoch der Ziellaserstrahl typischerweise ei ne deutlich geringere Leistung aufweist, als der Arbeitslaserstrahl, ist auch bei ei ner Anordnung nahe der Arbeitsebene keine Beschädigung der Ziellaserdetekto ren 20 zu befürchten.
Anhand der Figuren 3A und 3B wird im Folgenden schematisch erläutert, wie ge mäß einer optionalen Ausführungsform die Ausdehnung des Laserstrahls 24 be stimmt wird. Figur 3A zeigt in Draufsicht eine Blendenöffnung 14a und einen La serstrahl 24, dessen Querschnittsfläche mit einer gepunkteten Linie symbolisch dargestellt ist, der entlang einer Scanrichtung 200 die Blendenöffnung 14a über streicht. Die Scanrichtung 200 verläuft dabei senkrecht zur Längsachse der schlitzförmigen Blendenöffnung 14a. Die Blendenöffnung 14a weist eine Abmes sung entlang der Scanrichtung 200, d.h. eine Breite, auf, die deutlich kleiner als der mittlere Durchmesser des Laserstrahls 24 ist. Während des Überstreichens der Blendenöffnung 14a entlang der Scanrichtung 200 wird demnach zu unter schiedlichen Zeitpunkten und zu unterschiedlichen relativen Positionen des Laser strahls 24 relativ zur Blendenöffnung 14a ein unterschiedlich großer Teil der Ener gie bzw. der Leistung des Laserstrahls durch die Blendenöffnung 14a transmittiert, während der restliche Teil von der Blende 12 absorbiert oder reflektiert wird.
In Figur 3B ist in einem beispielhaften Diagramm das Detektorsignal des unter der Blendenöffnung 14a angeordneten Photodetektors 16 dargestellt, welches propor tional zur transmittierten Energie ist. Das Detektorsignal ist in beliebigen Einheiten auf der y-Achse gegen die relative Position x des Laserstrahls 24 gegenüber der Mittelachse der Blendenöffnung 14a auf der x-Achse aufgetragen. Erreicht der La serstrahl die Blendenöffnung 24 steigt das Detektorsignal in den nachfolgenden Messpunkten zunächst an, bis ein Maximum an der Position xO erreicht ist, an welchem der Mittelpunkt des Laserstrahls 24 auf der Mittelachse der Blendenöff nung 14a liegt. Wird der Laserstrahl weiter in Scanrichtung 200 bewegt, nimmt das Detektorsignal wieder ab. Zur zuverlässigen Ermittlung der Ausdehnung des La serstrahls in Scanrichtung muss die Scanrichtung senkrecht zur Längsachse der Blendenöffnung 14a verlaufen. Das Detektorsignal folgt demnach einer um die Position xO symmetrischen Kurve, welche einer Gaußschen Glockenkurve ähnelt und einer Faltung des Laserstrahlprofils entlang der Scanrichtung mit der Schlitz breite entspricht und die Bestimmung des Strahlprofils entlang der Dimension der Scanrichtung ermöglicht. Für endlich breite Blendenöffnungen 14a entstehen Ab weichungen des Detektorsignals von der tatsächlichen Ausdehnung des Laser strahls 24 bzw. von einer idealen Gauß-Kurve. Für die Ermittlung der Ausdehnung des Laserstrahls ist es daher erforderlich, die Ausdehnung bzw. Breite der Blen denöffnung 14a genau zu kennen. Sodann kann die Ausdehnung des Laserstrahls als eine Summe von Fehlerfunktionen erf(x) ermittelt werden. Ferner ist in Figur 3B der mittlere Durchmesser (FWHM) eingezeichnet und mit d bezeichnet.
Figur 4 zeigt ein Laserbearbeitungssystem 30 für die refraktive Chirurgie eines Auges gemäß einer optionalen Ausführungsform. Das Laserbearbeitungssystem 30 ist als ein Behandlungsgerät ausgebildet und dient beispielsweise dazu, an ei nem Auge eines Patienten (nicht gezeigt) eine Fehlsichtigkeitskorrektur mittels ei nes Verfahrens zur refraktiven Chirurgie unter Verwendung eines Laserstrahls bzw. Bearbeitungslaserstrahls 24 auszuführen. Dazu weist das Laserbearbei tungssystem 30 einen Laser bzw. eine Laserquelle 32 auf, welche den Laserstrahl 24 emittiert. Der Laserstrahl 24 ist dazu ausgebildet, auf die Hornhaut eines Auges einzuwirken, um die refraktive Wirkung der Hornhaut zu verändern.
Der vom Laser 32 entlang einer optischen Achse A1 abgegebene Laserstrahl 24 bzw. Bearbeitungsstrahl 24 fällt dabei auf einen Strahlteiler 34, der den Laser strahl 24 auf eine als Ablenkeinrichtung 36 ausgebildete Ablenkeinheit 36 leitet.
Die Ablenkeinheit 36 weist zwei Scanspiegel 38 und 40 auf, die um zueinander or-
thogonale Achsen drehbar sind, so dass die Ablenkeinheit 36 den Laserstrahl 24 zweidimensional ablenkt. Eine verstellbare Projektionsoptik 42 fokussiert den La serstrahl 24 zur Bearbeitung auf das Bearbeitungsobjekt bzw. auf bzw. in ein zu behandelndes Auge. Die Projektionsoptik 42 weist dabei zwei Linsen 44 und 46 auf.
Das zu behandelnde Auge wird zur Behandlung in der Arbeitsebene 300 angeord net, sodass der Laserstrahl darauf fokussiert werden kann. In der Figur 4 ist je doch eine Blendenanordnung 10 in der Arbeitsebene 300 angeordnet, mittels wel cher der fokussierte Laserstrahl überprüft werden kann. Zur Behandlung des Au ges kann zunächst die Überprüfung des Laserstrahls mittels der Blendenanord nung 10 abgeschlossen werden, dann die Blendenanordnung 10 entfernt werden und sodann mit der Behandlung des Auges in der Arbeitsebene begonnen wer den. Auf diese Weise lässt sich mittels der Blendenanordnung 10 der Laserstrahl an der Position untersuchen, an der mittels des Laserstrahls auch das Auge bear beitet bzw. behandelt wird.
Ferner weist das Laserbearbeitungssystem eine Steuereinheit 48 auf. Die Steuer einheit 14 bestimmt optional die Lage des Fokus 50 sowohl senkrecht zur opti schen Achse A1 (durch die Scanspiegel 38 und 40) sowie in Richtung der opti schen Achse A1. Die Steuereinheit 14 liest weiter einen Detektor 52 aus, der bei spielsweise als Mitbeobachtungseinheit agiert und zur Überwachung des Bearbei tungsvorgangs dient. Zusätzlich kann das Laserbearbeitungssystem 30 weitere Sensoren und/oder Detektoren aufweisen, insbesondere einen internen Energie sensor bzw. Energiedetektor, die jedoch in der Figur nicht gezeigt sind. Beispiels weise kann der Energiesensor hinter dem Strahlteiler 38 angeordnet sein, um die Energie der durch den Strahlteiler transmittierten Energie zu ermitteln. Ferner ist die Steuereinheit 48 mit der Blendenanordnung 10 verbunden und dazu ausge legt, insbesondere den Photodetektor 16 und optional die Ziellaserdetektoren 20 auszulesen und/oder diese zu kontrollieren. Sofern die Blendenanordnung 10 be wegbar ausgebildet und angeordnet ist, sodass etwa ein Überstreichen der Blen denöffnungen mit dem Laserstrahl dadurch erfolgen kann, dass die Blendenano rdnung 10 in der Arbeitsebene verschoben wird, so kann es vorteilhaft sein, dass auch eine entsprechende Verschiebeeinheit mit der Steuereinheit 48 verbunden ist und von dieser gesteuert und/oder geregelt wird.
Im Folgenden wird beispielhaft ein Verfahren zur Überprüfung eines Laserstrahls eines Laserbearbeitungssystems beschrieben, ohne dass die beanspruchten Aus führungsformen jedoch auf dieses Beispiel beschränkt sind.
Die Kalibration des Lasersystems bzw. die Überprüfung des Laserstrahls ge schieht in mehreren Schritten, die jedoch mit einer hinreichen parametrisierbaren Laseransteuerung auch in einem Scanpattern zusammengefasst werden können: a) Kalibration der Ablenkeinrichtung für die Erzeugung der Scan-Bewegung; b) Bestimmung des Durchmessers des Laserstrahls und Berechnung eines Soll wertes für die Fluenz des Laserstrahls in der Arbeitsebene für diesen Durchmes ser; c) Messung der Laserenergie des Bearbeitungslaserstrahls und Berechnung der Fluenz aus den unabhängigen Größen mittlerer Durchmesser des Laserstrahls und Energie des Laserstrahls. Vergleich von Soll und Ist-Wert; d) Anpassung der Energie und Wiederholung von b) und c); e) Kalibration eines Laserstrahl-Offsets, welcher eine Strahllage des Laserstrahls in der Arbeitseibene bei Neutralstellung der Scannerspiegel bzw. der Ablenkein richtung beschreibt f) Kalibration eines Ziellaserstrahl-Offsets; g) Kalibration eines Eyetracker-Offsets.
Die folgenden Erläuterungen erfolgen mit Bezug auf Figur 5, welche eine Blen denanordnung gemäß der Ausführungsform in Figur 2 entspricht. Zugunsten der Übersichtlichkeit wurden den einzelnen Blendenöffnungen eindeutige Bezeich nungen zugewiesen, wie in Figur 5 kenntlich gemacht ist.
Schritt 1) Die Blendenanordnung umfassend eine Blende, einen Photodetektor und zwei Ziellaserdetektoren wird in der Arbeitsebene in Lage und Ausrichtung justiert, sodass die Blendenanordnung in der Arbeitsebene senkrecht zur Einfalls richtung des Laserstrahls positioniert ist. Die Ausrichtung kann mit typischen Jus-
tagehilfsmitteln des Bearbeitungslaser erfolgen. Diese sind beispielsweise Ab standslaser, Kamerabilder/ Videoverlays und/oder Distanzsensoren.
Schritt 2) Der Laserstrahl wird nacheinander mit bekanntem Schrittmaß ds über die Schlitze bzw. Blendenöffnungen ExH1 und ExH2 gefahren. Dies gibt je eine annähernd gaussförmige Kurve für jeden Scan über eine der Blendenöffnungen. Für beide Blendenöffnungen werden folgende Größen abgeleitet durch Anfitten der bekannten Faltungsfunktion aus Intensitätsverlauf bzw. Detektorsignal und Blendengeometrie: Zentrum xO, mittlerer Durchmesser d (FWHM). Nicht notwen digerweise weiterverwendet aber für Konsistenzprüfungen aufgezeichnet werden optional die Amplitude A und der offset yO des Detektorsignals.
Schritt 3) Der Vergleich der Größe Distanz_H_lst = xO(ExH2) - x0(ExH1) wird mit dem bekannten Abstand der Schlitze ExH1 und ExH2 der Blende (Abstand 100a in Figur 1) verglichen und damit der Verstärkungsfaktor gain_H = Distanz_Hlst /
Distanz _ H_Soll des Scanners bzw. der Ablenkeinrichtung für die horizontale
Auslenkung überprüft. Im Falle einer Abweichung des neuen und alten Gains, der einen bestimmten Toleranzbereich überschreitet, sollte der Verstärkungsfaktor angepasst werden und Schritte 1 - 3 wiederholt werden.
Schritt 4) Die Größe Offset_Ex_H = xO(ExH2) + xO(ExH1) beschreibt den Offset zwischen der Lage des Schwerpunkts des Bearbeitungslaserstrahls in Scanner- Neutralposition und einem Blendenzentrum der Blende. Dieser wird gegen einen Toleranzbereich verglichen. Bei Abweichungen sollte die Lage des Sensors mit den Mitteln aus Schritt 1) überprüft werden. Ist diese korrekt, liegt eine Dezentrie rung des Scanners bzw. der Ablenkeinrichtung vor und die Kalibration sollte abge brochen werden.
Schritt 5) Die mittleren Durchmesser des Laserstrahls d(ExH1) und d(ExH2) wer den einzeln gegen ihren Toleranzbereich und Vorgabewert verglichen. Für die weiteren Berechnungen wird ein Mittelwert dH gebildet. Aus dem Wert dH kann die Zielfluenz Fsoii angepasst werden.
Schritt 6) Schritte 2-4 werden für die Vertikale anhand der Blendenöffnungen ExV1 und ExV2 wiederholt. Dies liefert die Werte dV, Offset_Ex_V und gain_V.
Schritt 7) Der Bearbeitungslaserstrahl wird in einer Scanner-Neutralstellung oder einem kleinen Bereich darum herum durch die zentrale Blendenöffnung (14b in Fi gur 1), die als Rundloch ausgebildet ist, gelenkt und die transmittierte Energie ge messen. Dies liefert den Messwert Eiviess. Der Messwert kann um einen sensorei genen Kalibrationsfaktor auf den Ist-Wert der Energie umgerechnet werden. Dies liefert den Wert Eist.
Schritt 8) Aus den Werten von Eist, dH, dV wird die Ist-Fluenz Fist berechnet. Die se wird verglichen mit der Zielfluenz Fsoii. Bei Abweichungen zwischen Ist und Soll Fluenz wird die Energie des Bearbeitungslaser angepasst und die Schritte 2-7 mit einer neuen Einstellung für die Laserenergie wiederholt.
Schritt 9) Bestimmung des Offsets der zentralen als Rundloch ausgebildeten Blendenöffnung ExL (14b in Figur 1) mittels eines Eyetrackers in vertikaler und ho rizontaler Richtung und Bestimmen der Parameter Offset_Tracker_V, Off- set_Tracker_H. Vergleich der Offsets mit den dafür festgelegten Toleranzberei chen.
Schritt 10) Scan des Ziellasers über die Struktur VisH und Auswertung der Lage des Schwerpunktes xOist(VisH). Da die Scanner aus Schritt 3 im Vers tärkungsfaktor kalibriert sind, ergibt sich ein Unterschied zwischen Soll und Ist- Position des Strahlschwerpunktes allein aus dem Offset des Ziellaserstrahls: Off- set_Vis_H = xO(VisH) - xOsoii(VisH). Vergleich von Offset_Vis_H mit dem dafür festgelegten Toleranzbereich.
Schritt 11 ) Wederholung von Schritt 10 für die vertikale Richtung. -> Off- set_Vis_V.
Die Figuren 6A und 6B zeigen in schematischen Darstellungen ein Laserbearbei tungssystem 1000 gemäß einer optionalen Ausführungsform in zwei verschiede nen Betriebsmodi zur Charakterisierung des Laserstrahls 1002.
Das Laserbearbeitungssystem 1000 weist dabei eine Laserquelle 1004 auf, wel che den Laserstrahl 1002 emittiert, der sodann zunächst durch eine Strahlfor mungseinrichtung 1006 läuft, in welcher der Laserstrahl 1002 in die gewünschte Form gebracht wird. Nach der Strahlformungseinrichtung 1006 propagiert der La serstrahl durch eine Ablenkeinrichtung 1008 bzw. Scaneinrichtung, mittels welcher
der Laserstrahl 1002 derart ablenkbar ist, dass der Laserstrahl 1002 in einer Ar beitsebene 2000 bzw. in einer Kontrollebene 2002 bewegbar ist, um die ge wünschte Bearbeitung eines Bearbeitungsobjektes, wie etwa die Behandlung ei nes Auges, durchzuführen. Die Strahlformungseinrichtung 1006 ist optional dazu eingerichtet, den Laserstrahl 1002 in die Arbeitsebene 2000 bzw. die Kontrollebe ne 2002 zu fokussieren.
Zwischen der Strahlformungseinrichtung 1006 und der Ablenkeinrichtung 1008 ist ein Strahlteiler 1010 im Strahlengang des Laserstrahls 1002 angeordnet, welcher einen geringen Teil des Laserstrahls 1002 bzw. der Laserenergie abzweigt und ei nem internen Energiesensor 1012 zuführt. Der Strahlteiler 1010 kann beispiels weise derart ausgebildet sein, dass dieser in etwa 10% der Energie des Laser strahls reflektiert und die restliche Energie transmittiert, wobei auch Strahlteiler mit einem anderen Verhältnis verwendet werden können, solange noch genügend Energie für die Behandlung bzw. Bearbeitung in der Arbeitsebene transmittiert wird. Der Energiesensor 12 bestimmt anhand des zugeführten Teils des Laser strahls einen Energieparameter, aus welchem sich die Energie und/oder Leistung des gesamten Laserstrahls ableiten lässt. Optional ist das Laserbearbeitungssys tem dazu eingerichtet, mittels des Energiesensors 1012 eine kontinuierliche und/oder regelmäßige Ermittlung des Energieparameters während des Betriebs des Laserbearbeitungssystems 1000 durchzuführen.
Figur 6A zeigt das Laserbearbeitungssystem in einem ersten Betriebsmodus zur Charakterisierung des Laserstrahls 1002, bei welchem eine Kalibrationseinrich tung 1014 in der Arbeitsebene 2000 angeordnet ist und für die Charakterisierung des Laserstrahl 1002 einen Kalibrierungsparameter ermittelt. Der Kalibrierungspa rameter ermöglicht dabei, die Fluenz des Laserstrahls 1002 in der Arbeitsebene 2000 zu ermitteln.
Figur 6B zeigt das Laserbearbeitungssystem 1000 in einem zweiten Betriebsmo dus zur Charakterisierung des Laserstrahls 1002, bei welchem die Kalibrationsein richtung 1014 in der Kontrollebene 2002 angeordnet ist. Die Kontrollebene 2002 und auch die Kalibrationseinrichtung 1014 befinden sich dabei innerhalb des La serbearbeitungssystems 1000. Mittels der Kalibrierungseinrichtung 1014 wird da bei ein Kontrollparameter in der Kontrollebene 2002 ermittelt, welcher optional auf identische Weise ermittelt wird, wie der Kalibrierungsparameter mit dem Unter schied, dass der Kontrollparameter nicht in der Arbeitsebene 2000 sondern in der
Kontrollebene 2002 ermittelt wird. Der Kontrollparameter ermöglicht dabei, die Fluenz des Laserstrahls 1002 in der Kontrollebene 2002 zu ermitteln. Der Laser strahl 1002 wird dabei durch ein Umlenkelement 1016 umgelenkt, sodass dieser nicht auf die Arbeitsebene 2000 sondern auf die Kontrollebene 2002 fällt. Das Um lenkelement 1016 kann dazu beispielsweise als Spiegel ausgebildet sein und von dem Laserbearbeitungssystem 1000 in den Strahlengang des Laserstrahls 1002 bewegt werden. Beispielsweise kann das Umlenkelement verschiebbar oder schwenkbar angeordnet sein, um in und aus dem Strahlengang bewegt werden zu können. Nach Abschluss der Ermittlung des Kontrollparameters kann das Umlen kelement 1016 wieder aus dem Strahlengang entfernt werden, sodass der Laser strahl 1002 wieder in die Arbeitsebene propagieren kann.
Optional wird die Ermittlung des Kontrollparameters unmittelbar nach der Ermitt lung des Kalibrierungsparameters durchgeführt, um das Risiko von zwischenzeitli chen Veränderungen zu minimieren.
Anhand des Kalibrierungsparameters und des Kontrollparameters kann das La serbearbeitungssystem 1000 sodann einen Abweichungsfaktor bestimmen, mittels welchem die beiden Parameter oder darauf basierende Messwerte, wie etwa die ermittelten Fluenzwerte, zueinander in Bezug gesetzt werden können.
Anschließend kann das Laserbearbeitungssystem 1000 eine Überprüfung des La serstrahls 1002 dadurch durchführen, dass lediglich der Kontrollparameter ermit telt wird, mit einem Sollwert verglichen wird und anhand des Energieparameters überprüft wird, ob auch die Energie des Laserstrahls 1002 dem Sollwert ent spricht. Dadurch kann eine Überprüfung des Laserstrahls 1002 auch dann erfol gen, wenn die Arbeitsebene nicht für eine Ermittlung des Kalibrierungsparameters zugänglich ist.
In einem Bearbeitungsmodus, in welchem ein Bearbeitungsobjekt mittels des La serstrahls bearbeitet wird, ist das Umlenkelement 1016 ebenfalls außerhalb des Strahlengangs angeordnet, wie beispielsweise in Figur 6A gezeigt, wobei jedoch im Bearbeitungsmodus die Kalibrationseinrichtung 1014 nicht in der Arbeitsebene 2000 angeordnet ist, sondern ein Bearbeitungsobjekt (nicht gezeigt).
Die Figuren 7A und 7B zeigen in schematischen Darstellungen einen Bearbei tungskopf 1020 eines Laserbearbeitungssystems 1000 gemäß einer optionalen
Ausführungsform in zwei Betriebsmodi für die Charakterisierung des Laserstrahls 1002.
Der Bearbeitungskopf 1020 ist dabei dazu ausgelegt, den Laserstrahl 1002 zu emittieren, sodass dieser entlang der optischen Achse A1 propagiert und entwe der in die Arbeitsebene 2000 oder in die Kontrollebene 2002 einfällt.
Ferner weist das Laserbearbeitungssystem 1000 am Bearbeitungskopf 1020 eine Anordnung auf, um die Kalibrationseinrichtung 1014 wahlweise in der Arbeitsebe ne 2000 und in der Kontrollebene 2002 anordnen zu können und das Umlenkele ment 1016 wahlweise im oder außerhalb des Strahlengangs bzw. der optischen Achse A1 des Laserstrahls 1002 positionieren zu können. Dazu weist die Anord nung einen Antrieb 1022 und eine Führung 1024 auf, um das Umlenkelement 1016 von einer Position außerhalb des Strahlengangs (Figur 7A) in eine Position im Strahlengang (Figur 7B) ZU bringen und umgekehrt.
Ferner weist das Laserbearbeitungssystem 1000 eine Schwenkeinrichtung auf, um die Kalibrationseinrichtung 1014 von der Arbeitsebene 2000 in die Kontrolle bene 2002 zu schwenken und umgekehrt. Beispielsweise kann dazu die Kalibrati onseinrichtung 1014 über einem Arm 1024 an einem Schwenkgelenk 1026 befes tigt sein, um welches der Arm 2024 geschwenkt werden kann, wie durch den ge krümmten Pfeil 2004 indiziert. Selbstverständlich ist die Anordnung derart ausge bildet und/oder angeordnet, dass in keinem der Betriebsmodi der Laserstrahl durch die Anordnung oder eine ihrer Komponenten behindert bzw. blockiert wird.
In einem Betriebsmodus zur Bearbeitung eines Bearbeitungsobjekts bzw. zur Be handlung eines Auges kann beispielsweise die Kalibrationseinrichtung 1014 in die Kontrollebene geschwenkt sein und das Umlenkelement 1015 außerhalb des Strahlengangs angeordnet sein.
Im Folgenden wird anhand eines Beispiels eine Kalibrierung des Laserstrahls 1002 eines Laserbearbeitungssystems 1000 beschrieben, ohne dass die bean spruchten Ausführungsformen auf das folgende Beispiel beschränkt ist:
Insbesondere betrifft die folgende Erläuterung einer Verknüpfung der Kalibration mit der Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene (externe Position) mit der
Überpfügung mittels der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene (interne Position):
1) Zunächst wird die Kalibration bzw. Charakterisierung des Laserstrahls mittels der Kalibrationseinrichtung in der Arbeitsebene (Ermitteln eines Kalibrierungsparameters) ohne ein zusätzliches optisches Element bzw. Umlenkelement durchgeführt. Hierbei wird außerdem ein Energieparameter als Referenzwert für den internen Energiesensor (Eint, 0) gemäß Kalibrationsverfahren bestimmt und die Laserenergie wird so lange angepasst, bis die tatsächliche Fluenz Fist_extem innerhalb der Toleranzen der Zielfluenz liegt (Ftarget, extern).
2) Unmittelbar daraufhin wird der T est auf der selben Kalibrationeinrichtung, jedoch in einer Kontrollebene innerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung durchgeführt, optional in konstantem Arbeitsabstand bezogen auf die Apertur der Laserquelle, und ein Kontrollparameter ermittelt. Dies kann z.B. durch einen starren Schwenkmechanismus oder durch mechanische oder magnetische Anschläge realisiert werden. Hierbei kommt ein zusätzliches optisches Element als Umlenkekement zur Anwendung, u den Laserstrahl vollständig auf die interne Position der Kalibrationseinrichtung in der Kontrollebene zu lenken. Das zusätzlich eingebrachte Umlenkelement ist (in Strahlrichtung) hinter dem letzten optischen Element des Strahlengangs angeordnet.
Diese Ermittlung des Kontrollparameters mit einer internen Fluenzmessung (diese Messung ist explizit keine Kalibration) wird bei fester Energieeinstellung bezüglich der in Schritt 1) gefundenen Energie, also bei Eint.o durchgeführt und liefert einen
FluenZWert Fist, intern.
Dieser Wert unterscheidet sich vom fixen Wert Ftarget, extern aufgrund der Eigenschaften des zusätzlichen Umlenkelements, wie etwa der Reflektivität des als Spiegel ausgebildeten Umlenkelements. Daraus wird ein Abweichungsfaktor bestimmt, mit welchem diese Auswirkungen berechnet werden können:
R= Fist, intern / Ftarget, extern.
3) Die Charakterisierung des Laserstrahls bzw. die Kalibration des Lasersystems kann anschließend ausschließlich über die interne Position (d.h. ohne Notwendigkeit einer Anordnung der Kalibrationseinrichtung in der externen Position), d.h. über den Kontrollparameter, vorgenommen werden, wobei der Zielwert der Fluenz über den in 2) bestimmten Abweichungsfaktor R berechnet wird,
Ftarget, intern = R * Ftarget, extern.
4a) Das Kalibrationsintervall für die Bestimmung des Abweichungsfaktors R (Schritte 1&2) kann so festgelegt werden, dass keine Degradation des zusätzlichen Umlenkelementes die Kalibrationsgenauigkeit beeinflusst (z.B. durch Festlegung adäquater Zeitintervalle/ Anzahl an Tests).
4b) Idealerweise kann eine etwaige Degradation des Umlenklementes, etwa eine nachlassende Reflektivität, durch eine kontinuierliche Überwachung des Kontrollparameters relativ zu dem des Energiesensors im Laserarm, d.h. des Energeiparameters, überprüft werden: Dies geschieht optional durch einen kontinuierlichen Vergleich der Messignale Fist, intern und Eint.aktueii (Kreuzkalibration der Kalibrationseinrichtung mit dem aktuellen Messwert des internen Energiesensors im Falle einer Kalibrationseinrichtung mit kontinuierlichem Messwert).
4c) Unabhängig davon kann eine etwaige Degradation des Umlenkelementes in einem anderen Spektralbereich als dem des Bearbeitungslasers überwacht werden. Hierzu kann regelmäßig eine Transmissions- oder Reflektivitätsmessung des Umlenklements durchgeführt werden. Da eine Degradation bei einem optischen Element an dieser Position, d.h. als letztes optisches Element vor der Arbeitsebene, typischweise durch eine Oberflächenschädigung an der beschichteten Seite (durch den Bearbeitungslaser) oder durch Verunreinigungen, beispielsweise durch Tröpfchen der Spülflüssigkeit der refraktiven OP entstehen kann, kann eine Degradation auch in einem anderen Spektralbereich festgestellt
werden. Beispielsweise kann eine Degradation mittels einer Beleuchtungseinrichtung und einer Kamera und/oder durch Verwendung der gescannten Ziellaser, die in solchen Systemen typischerweise vorhanden sind, erfolgen.
Allerdings kann auf diese Weise nur eine Degradation festgestellt werden, eine Quantifizierung kann mittels der in 4 b) oder in Schritt 1) - 2) vorgstellten Methode erreicht werden. Die Feststellung alleine kann jedoch dazu dienen, das Laserbearbeitugnssystem zu deaktivieren und/oder eine Behandlung abzubrechen und/oder einen entsprechenden Hinweis auszugeben, dass eine Überprüfung erforderlich ist.
Fig. 8A zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 3010 zur Charakterisierung eines Laserstrahls (siehe Figur 8B). Die Vorrichtung 301 O weist eine Prüfobjekthalterung 3012 auf, welche ein Prüfobjekt 14 in einer vorgegebenen Position hält. Die Prüfobjekthalterung 3012 ist dabei derart ausgestaltet, dass von der von einer der Prüfobjekthalterung 3012 abgewandten Seite ein Laserstrahl auf eine Oberfläche auf der Oberseite 3014a des Prüfobjekts 3014 einfallen kann.
Unterhalb des Prüfobjekts 3014, d.h. auf der der Prüfobjekthalterung 3012 zugewandten Seite ist ein Sensor 3016 einer Messeinrichtung 3018 (nicht gezeigt) angeordnet. Die Messeinrichtung 3018 kann außer dem Sensor 3016 noch weitere Elemente umfassen, wie etwa eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit.
Der Sensor 3016 ist als ein konfokal-chromatischer Sensor ausgebildet, welcher derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich über die Unterseite 3014b entlang der optischen Achse 3100 des Sensors 3016 in das Prüfobjekt 3014 einstrahlt, welche im Folgenden als Messlicht bezeichnet wird. Das eingestrahlte Messlicht ist, wie bei konfokal-chromatischen Sensoren üblich, derart fokussiert, dass unterschiedliche Wellenlängen bzw. unterschiedliche spektrale
Komponenten mit unterschiedlichen Brennweiten fokussiert werden und sich entsprechend in ihrer Eindringtiefe in das Prüfobjekt 3014 unterscheiden. Typischerweise werden die kurzwelligeren Spektralkomponenten mit einer kürzeren Brennweite fokussiert, während die langwelligeren Komponenten mit einer längeren Brennweite fokussiert werden, wenngleich auch andere Ausführungsformen ebenso geeignet sein können. Der Lichtkegel des fokussierten Messlichts ist durch die gepunktete Linie beispielhaft dargestellt.
Mittels des Sensors 3016 kann die Dicke des Prüfobjekts 3014 gemessen werden, indem die an der Unterseite 3014b und an der Oberseite 3014a reflektierten und/oder gestreuten Anteile des Messlichts detektiert, ausgewertet und miteinander verglichen werden. Aufgrund der unterschiedlichen Eindringtiefe der verschiedenen spektralen Komponenten unterscheiden sich die beiden Reflexionen bzw. Streuungen an der Oberseite 3014a bzw. Unterseite 3014b, sodass aus der unterschiedlichen spektralen Zusammensetzung der beiden Reflexionen bzw. Streuungen der Abstand der Reflexionsebene bzw. Streuebene vom Sensor 3016 ermittelt werden kann und daraus die Dicke des Prüfobjektes 3014 ermittelt werden kann.
Es versteht sich von selbst, dass das Prüfobjekt 3014 zumindest teilweise, idealerweise nahezu vollständig transparent für das Messlicht zu sein hat. Beispielsweise ist das Prüfobjekt 3014 aus PMMA ausgebildet, da PMMA eine geeignete Transparenz für das Messlicht aufweist und zudem mittels UV Laserstrahlung bearbeitbar ist.
Die Stelle des Prüfobjekts 3014, die durch den Sensor 3016 vermessen wird bzw. an welcher die Dicke des Prüfobjektes 3014 ermittelt wird, wird als Prüfstelle 3020 bezeichnet. Um auch an anderen Positionen des Prüfobjekts 3014 bzw. an anderen Prüfstellen 3020 die Dicke des Prüfobjektes 3014 zu ermitteln, kann mittels einer Relativbewegung zwischen dem Prüfobjekt 3014 und dem Sensor 3016 das Prüfobjekt 3014 zumindest teilweise abgescannt werden. Die Dicke des Prüfobjektes 3014 ist dabei die räumliche Ausdehnung des Prüfobjektes 3014
parallel zur optischen Achse 3100. Die Dicke kann an verschiedenen Stellen des Prüfobjektes 3014 variieren. Um die Dicke an mehreren Prüfstellen 3020 zu messen, kann der Sensor 3016 und/oder die Prüfobjekthalterung 3012 in einer oder vorzugweise zwei Dimensionen senkrecht zur optischen Achse 3100 bewegt werden, wie durch die Pfeile 3200 und 3300 indiziert.
Figur 8B zeigt die Vorrichtung der Ausführungsform gemäß Figur 8A, wobei zusätzlich ein Laserstrahl 3022 gezeigt ist, mittels welchem ein Materialabtrag von der Oberseite 3014a des Prüfobjekts 3014 vorgenommen wird bzw. wurde. Der Laserstrahl 3022 weist optional eine Zentralwellenlänge im ultravioletten Spektralbereich auf, beispielsweise von 193 nm. Optional wird der Laserstrahl 3022 durch einen ArF Excimerlaser bereitgestellt, wenngleich auch andere Laserquellen geeignet sein können, um einen geeigneten Laserstrahl 3022 bereitzustellen.
Der Laserstrahl3022 fällt gemäß der gezeigten Ausführungsform entlang der optischen Achse 3102 auf das Prüfobjekt 3014 ein, wobei die optische Achse 3102 des Laserstrahls 3022 parallel zur optischen Achse 3100 des Sensors 3016 ist. Gemäß anderen Ausführungsformen kann auch ein Einfall des Laserstrahls unter einem anderen Winkel erfolgen.
Das Prüfobjekt 3014 besteht zumindest teilweise aus einem Material, welches geeignet ist, die Laserstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren. Dies ermöglicht einen Materialabtrag am Prüfobjekt 3014 mittels des Laserstrahls 3022. Wie bereits oben erläutert, ist das Prüfobjekt optional aus PMMA ausgebildet, da dieses eine hohe optische Dichte im ultravioletten Spektralbereich aufweist und ferner hinreichend transparent für das Messlicht ist. Die Dicke des Prüfobjektes 14 wird dabei optional derart gewählt, dass auch nach einem Materialabtrag für die Charakterisierung des Laserstrahls 3022 die Dicke des Prüfobjekts 14 ausreichend ist, um ein Durchdringen der Laserstrahlung bis zum Sensor 3016 zu vermeiden. Dadurch können Schäden am Sensor durch den Laserstrahl 3022 vermieden werden.
Sind die Lage des Sensors 3016 und dessen Achse 3100 zur Fokuslage des Laserstrahls 3022 und dessen Achse 3102 bekannt bzw. vorgegeben, beispielweise durch einen geeigneten Anschlag am Laser über dem Prüfobjekthalter 3012, so kann vor der Dickenmessung die ausreichende Lage der Prüfstelle 3020 zum Laserstrahl 3022 sichergestellt werden, beispielsweise dahingehend, dass das Prüfobjekt 3014 korrekt in den Probenhalter 3012 eingelegt wurde.
Aufgrund des Materialabtrags durch den Laserstrahl 3022 hat sich an den bearbeiteten Stellen die Dicke des Prüfobjektes 3014 geändert. Die Änderung der Dicke kann mittels des Sensors 3016 ermittelt werden, indem beispielsweise die Dicke vor und nach und/oder vor und während der Bearbeitung mit dem Laserstrahl 3022 ermittelt wird. Aufgrund der großen Sensitivität des konfokal- chromatischen Sensors 16 kann optional eine Änderung der Dicke von bereits ab 100 nm oder sogar weniger ermittelt werden.
Der Materialabtrag durch den Laserstahl 3022 erfolgt optional mit vorbestimmter Schusszahl bzw. Laserpulszahl für jede Prüfstelle 3020. Durch die Änderung der Dicke des Prüfobjektes 3014 kann daher der Materialabtrag pro Puls bzw. Schuss ermittelt werden, da die Anzahl der Schüsse bzw. Pulse bekannt ist, mit welchen die Prüfstelle 3020 beaufschlagt wurde. Auch können andere Prüfstellen 3020 mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Pulsen bzw. Schüssen beaufschlagt werden, um durch den Vergleich des Materialabtrags bzw. der Änderung Dicke an den verschiedenen Prüfstellen weitere Messdaten zu erhalten und die Änderung der Dicke noch zuverlässiger bestimmen zu können.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Laserstrahl (nicht dargestellt) während der Applikation auf die Hornhaut 3024 eines menschlichen Auges 3026 charakterisiert wird. Mit anderen Worten übernimmt gemäß dieser optionalen Ausführungsform die Hornhaut 3024 die Funktion des Prüfobjektes
3014 und ist daher ebenso als Prüfobjekt 3014 im Sinne dieser Patentanmeldung anzusehen.
Gemäß dieser optionalen Ausführungsform wird die Hornhaut 3024 mittels des Laserstrahls (nicht gezeigt) refraktiv korrigiert, wozu der Laserstrahl entlang der optischen Achse 3102 auf die Hornhaut 3024 einfällt, wie durch den Pfeil 3104 indiziert.
Im Strahlengang des Laserstrahls, d.h. auf der optischen Achse 3102, ist der Hornhaut 3024 ein Strahlteiler 3028 angeordnet, welcher gemäß dieser Ausführungsform um 45° zur optischen Achse 3102 verkippt ist, wobei gemäß anderen Ausführungsformen auch andere Winkel möglich sind. Der Strahlteiler 3028 ist optional nahezu vollständig transparent bei der Zentralwellenlänge des Laserstrahls, sodass der Laserstrahl nahezu ungehindert durch den Strahlteiler hindurchdringen kann, ohne nennenswerte Leistungsverluste hinnehmen zu müssen.
Hingegen ist der Strahlteiler 3028 optional hochreflektiv für die Wellenlängen des Messlichts, welches vom konfokal-chromatischen Sensor 3016 ausgestrahlt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlteiler 3028 auch als Polarisationsteiler gestaltet sein, der unterschiedlich polarisiertes Bearbeitungslaser- und Messlicht zusammenführt. Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist der Strahlteiler 3028 als zeitweise einklappbarer Reflektor für das Messlicht ist ausgebildet, um Messungen bzw. Charakterisierungen des Laserstahls 3022 zwischen einzelnen Pulsen oder Pulsfolgen des Laserstrahls 3022 zu realisieren.
Die optische Achse 3100 des Sensors 3016 ist dabei gemäß dieser Ausführungsform im rechten Wnkel zur optischen Achse 3102 des Laserstrahls angeordnet. Das Messlicht wird dabei auf den Strahlteiler 3028 gerichtet, welcher das Messlicht auf die Prüfstelle 20 auf der Hornhaut 3024 umlenkt, die von dem Laserstrahl bearbeitet wird.
Das an der Prüfstelle 3020 bzw. Hornhaut 3024 reflektierte und/oder gestreute Licht wird ebenfalls von dem Strahlteiler reflektiert und zum Sensor 3016 zurückgeworfen. Der Sensor 3016 kann sodann das zurückgeworfene Messlicht detektieren. Die Messeinrichtung 3018, welche neben dem Sensor noch eine Steuer- und Auswerteeinheit 3032 aufweist ermittelt anhand der vom Sensor ermittelten Daten die Änderung der Dicke der Hornhaut 3024 an der Prüfstelle 3020 und kann darauf basierend den Laserstrahl charakterisieren. Eine ebenfalls mögliche Positionsprüfung der Hornhautoberfläche in Bezug auf Sensor 3016 und/oder Fokus des Laserstrahls 3022 ist vorteilhaft, um eine korrekte Bearbeitung und Dickenvermessungen zu realisieren. Bewegt sich die Hornhaut im Fehlerfall aus einem vordefinierten Arbeitsbereich auf der Achse 3100, so können Laserbearbeitung und Dickenmessung nachjustiert und/oder abgebrochen und/oder zumindest ausgesetzt werden.
Nicht gezeigt ist eine alternative optionale Ausführung, bei der der Sensor 3016 seitlich vom einfallenden Laserstrahl 3022 positioniert wird, um vom Laserstrahl 3022 bearbeitete Prüfstellen 3020 vermessen zu können, ohne dass das Licht von Sensor 3016 und Laserstrahl 3022 mittels optischer Komponenten überlagert werden müssen, indem beispielsweise die Achsen 3100 und 3102 einen Winkel bilden, um sich auf einer Prüfstelle 3020 zu überschneiden, oder auch ohne Überschneidung, indem der Sensor 3016 sukzessive seitlich verschoben wird, um eine vorher durch den Laserstrahl 3022 bearbeitete Prüfstelle 3020 zu vermessen. Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist die Messeinrichtung auch mit einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) der Laserquelle verbunden und kann unter Verwendung der Daten aus der Charakterisierung des Laserstrahls bei Bedarf regelnd und/oder steuernd in die Laserquelle eingreifen, beispielsweise um die Leistung des Laserstrahls zu erhöhen und/oder zu reduzieren.
Mit der gezeigten Ausführungsform ist somit eine Echtzeit Charakterisierung des Laserstrahls möglich, welche beispielsweise für eine Regelung des Laserstrahls verwendet werden kann.
Die Figuren 10A bis 10C zeigen in schematischen Darstellungen verschiedene optionale Ausführungsformen für die Bereitstellung von Prüfobjekten 3014.
Gemäß der Ausführungsform in Figur 10A sind mehrere blockstückartige Prüfobjekte 3014 auf einem Substrat 34 angeordnet. Das Substrat 3034 kann beispielsweise als ein flexibler Film ausgebildet sein. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht beispielsweise eine automatisierte Zuführung von Prüfobjekten 3014 zur Prüfobjekthalterung indem das Substrat 3034 beispielsweise über Rollen bewegt wird.
Gemäß der in Figur 10B gezeigten Ausführungsform ist das Prüfobjekt 3014 selbst als Film 36 ausgebildet. Durch ein geeignetes Nachführen des Films 36 können verschiedene Teile des Films als Prüfstellen 3020 verwendet werden. Der Film 3036 ist dabei in ausreichender Dicke zu wählen, um ein Durchdringen des Laserstrahls 3022 durch den Film 3036 und einen Einfall des Laserstrahls auf einen ggf. unter dem Film angeordneten Sensor 3016 zu vermeiden.
Gemäß der in Figur 10C gezeigten Ausführungsform ist das Prüfobjekt 3014 in Form einer Scheibe 3036 ausgebildet, wobei die Scheibe deutlich größer ist, als eine einzelne Prüfstelle 3020. Durch ein Verschieben und/oder ein Drehen der Scheibe 36 können sodann unterschiedliche Stellen der Scheibe 3036 für die Beaufschlagung mit dem Laserstrahl ausgewählt werden, sodass auf dem Prüfobjekt 3014 bzw. auf der Scheibe 3028 eine Vielzahl von Prüfstellen 3020 unterbringbar sind, optional mehr als 1000 Prüfstellen 3020.
Bezugszeichenliste
10 Blendenanordnung
12 Blende
14, 14a, 14b Blendenöffnung für Arbeitslaserstrahl 16 Photodetektor 18 Blendenöffnung für Ziellaserstrahl 20 Ziellaserdetektor 22 Trägerelement 24 Laserstrahl 30 Laserbearbeitungssystem 32 Laserquelle 34 Strahlteiler 36 Ablenkeinrichtung 38 Scanspiegel 40 Scanspiegel 42 Projektionsoptik 44 Linse 46 Linse 48 Steuereinheit 50 Fokus 52 Detektor zur Überwachung des Bearbeitungsvorgangs
100a, 100b vorbestimmter Abstand zwischen zwei Blendenöffnungen 14a
200 Scanrichtung
300 Arbeitsebene
1000 Laserbearbeitungssystem
1002 Laserstrahl
1004 Laserquelle
1006 Strahlformungseinrichtung
1008 Ablenkeinrichtung
1010 Strahlteiler
1012 Energiesensor
1014 Kalibrationseinrichtung
1016 Umlenkelement
1018 Anordnung zur Bewegung des Umlenkelements
1020 Bearbeitungskopf
1022 Antrieb
1024 Führung
1026 Schwenkgelenk
1028 Arm
2000 Arbeitsebene
2002 Kontrollebene
2004 Schwenkrichtung
3010 Vorrichtung zur Charakterisierung eines Laserstrahls
3012 Prüfobjekthalterung
3014 Prüfobjekt
3014a Oberseite des Prüfobjekts
3014b Unterseite des Prüfobjekts
3016 Sensor
3018 Messeinrichtung
3020 Prüfstelle
3022 Laserstrahl
3024 Hornhaut
3026 Auge
3028 Strahlteiler
3032 Steuer- und Auswerteeinheit
3034 Substrat
3036 Film
3038 Scheibe
3100 optische Achse des Sensors
3102 optische Achse des Laserstrahls
3200 Bewegungsrichtung des Sensors
3300 Bewegungsrichtung der Prüfobjekthalterung
A-A’ Indikatoren des Querschnittverlaufs
B-B’ Indikatoren des Querschnittverlaufs
A1 optische Achse des Laserstrahls