ES2605410T3 - Sistema óptico de formación de imagen y procedimiento de control, así como utilización de dicho sistema - Google Patents

Sistema óptico de formación de imagen y procedimiento de control, así como utilización de dicho sistema Download PDF

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Abstract

Sistema óptico de formación de imagen, que comprende: - por lo menos una lente de enfoque, - por lo menos dos lentes en un telescopio, - una unidad de exploración en un plano x-y, caracterizado por que por lo menos una de las lentes telescópicas es una lente líquida eléctricamente ajustable y la unidad de exploración está dispuesta en la trayectoria de los rayos detrás del telescopio y delante de la lente de enfoque, estando el sistema de formación de imagen previsto para compensar la curvatura del campo de imagen de la lente de enfoque por medio del ajuste eléctrico de la lente líquida.

Description

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DESCRIPCION

Sistema optico de formacion de imagen y procedimiento de control, asf como utilizacion de dicho sistema.

La presente invencion se refiere a un sistema optico de formacion de imagen con varias lentes, un procedimiento para controlar un sistema optico de formacion de imagen y la utilizacion de dicho sistema.

Los sistemas de laser con impulsos de laser breves, por ejemplo en el rango de milisegundos a femtosegundos han encontrado diversas aplicaciones en el procesamiento de material y en la tecnica medica. En este caso, son particularmente importantes unas acciones fotoablativas y fotodisruptivas de la radiacion laser.

Para controlar la radiacion laser en un plano, que es generalmente perpendicular al eje optico del sistema de formacion de imagen y que se designa usualmente como plano x-y, son conocidas unas unidades de exploracion (sistemas de escaneo) que, por ejemplo, se basan en el principio galvanometrico.

Muchas aplicaciones en el procesamiento de material y en la cirugfa medica requieren un enfoque altamente preciso con dimensiones reducidas del foco, por ejemplo un enfoque en un area con pocos micrometros de diametro.

El enfoque de la radiacion se realiza tfpicamente en el eje z que es perpendicular al plano x-y, que coincide en general con el eje optico del sistema de formacion de imagen. En el estado de la tecnica se produce en general una variacion de la posicion del foco en la direccion z por el desplazamiento de las lentes a lo largo del eje z, por ejemplo por el desplazamiento de un telescopio. En general, son necesarias aquf precisiones con respecto a la posicion del foco en el rango de pocos pm.

Las aplicaciones tfpicas de sistemas de laser de exploracion, que contienen un control del foco (tambien denominado spot) en direcciones x-y-z, son en la industria la fotolitograffa, el corte y taladrado de metales u otros materiales asf como el grabado de material transparentes.

Las aplicaciones tfpicas de tales sistemas de laser con control tridimensional del spot en el diagnostico medico son la tomograffa de coherencia optica, la microscopfa confocal, la oftalmoscopia y la optica adaptiva.

Las aplicaciones tfpicas de sistemas de formacion de imagen opticos de la tecnica citada al principio con control del punto focal en el plano x-y y en el eje z en la terapia medica son la cirugfa refractiva de cornea con, por ejemplo, laseres excfmeros, la cirugfa intraocular con laseres de femtosegundos (por ejemplo, en corte LASIK), la dermoabrasion, por ejemplo con laseres erbio:YAG, o tambien la fotocoagulacion de retina.

El documento JP 2000-171742 divulga un sistema de exploracion optico en el que una fuente de luz, un condensador y una unidad de exploracion estan dispuestos consecutivamente sobre un eje optico, y en el que la radiacion que emana de la fuente de luz y es desviada en la unidad de exploracion, explora una superficie (vease la figura 1). El condensador consta de una lente condensadora y una lente que es variable en su foco. En el documento JP 2000-171742 la unidad de exploracion se encuentra en la posicion mas exterior referido al eje optico del dispositivo. Por tanto, el documento JP 2000-171742 no revela ningun sistema optico de formacion de imagen en el que la unidad de exploracion esta dispuesta en la trayectoria de los rayos detras de un telescopio y delante de una lente de enfoque, en el que una lente lfquida compensa la curvatura del campo de imagen de una lente de enfoque.

El documento JP 2-289815 describe un dispositivo de exploracion optico para eliminar curvaturas de campo en una direccion de exploracion poniendo a disposicion un aparato para modificar la longitud focal. En este caso, a lo largo de un eje optico esta dispuesta una lente, una lente, una unidad de exploracion, una lente y una lente de enfoque. La unidad de exploracion no se encuentra en la trayectoria de los rayos detras de un telescopio y delante de una lente de enfoque. La combinacion de las dos lentes, detras de las cuales esta dispuesta la unidad de exploracion, no puede designarse telescopio.

El documento US 2004/0243111 A1 se refiere a un sistema de laser para mecanizar tejido. El sistema comprende una fuente de laser para generar una radiacion laser que se acopla a una optica de ensanchamiento de rayo. Con ayuda de la optica de ensanchamiento de rayo, puede adaptarse el diametro del rayo, utilizandose como optica de ensanchamiento de rayo, por ejemplo, un telescopio con una lente de dispersion mas una lente colectora. La radiacion laser ensanchada se gufa con ayuda de un aparato de desviacion de rayo como, por ejemplo, un escaner XY, hacia un aparato de enfoque de rayo, que puede desplazarse a lo largo del eje Z y permite el desplazamiento del punto focal. Alternativamente, puede utilizarse un sistema optico de enfoque con distancia focal variable para desplazar la posicion de foco en la direccion Z.

Para las tecnicas antes citadas, en particular la cirugfa refractiva de cornea, la invencion tiene el objetivo de proporcionar unos medios con los que sea posible un control de foco en las direcciones x, y y z de una manera sencilla y con alta precision.

Este objetivo se logra por medio de un sistema optico de formacion de imagen segun la reivindicacion 1.

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Para ello, la invencion proporciona un sistema optico de formacion de imagen con varias lentes, siendo por lo menos una de las lentes una lente lfquida electricamente ajustable, y con una unidad de exploracion en un plano x-y, en el que la lente lfquida esta prevista para un desplazamiento del foco de la imagen en direccion z, que es perpendicular al plano x-y.

Las lentes lfquidas son conocidas como tales y se basan en el efecto Lippmann (vease W. Monch, W.F. Kromann, H. Zappe, “Variable Brennweite durch flussige Mikrolinsen” en Photonik 4/2005, p.44). Por medio de la aplicacion de una tension se modifica la curvatura de la superficie de una lente lfquida y, por tanto, su distancia focal. En particular, gracias a la variacion de la tension electrica, las lentes lfquidas hacen posible una variacion de la fuerza de refraccion de algunos 10 dpt dentro de pocos milisegundos.

Segun una variante, la invencion ensena un sistema optico de formacion de imagen con por lo menos una lente de enfoque, por lo menos dos lentes en un telescopio, en el que por lo menos una de las lentes de telescopio es una lente lfquida electricamente ajustable, y con una unidad de exploracion en un plano x-y, que esta dispuesta en la trayectoria de radiacion detras del telescopio y delante de la lente de enfoque, en el que la lente lfquida compensa la curvatura del campo de imagen de la lente de enfoque.

La invencion incluye tambien un procedimiento para controlar un sistema optico de formacion de imagen con una unidad de exploracion en un plano x-y y con medios de enfoque para enfocar la imagen en una direccion z, que es perpendicular al plano x-y, caracterizado por que el procedimiento de control se basa en una funcion matematica que contiene la posicion del foco en la direccion z como una funcion directa de la posicion en el plano x-y.

Segun una variante, la invencion incluye un procedimiento para controlar un sistema optico de formacion de imagen segun un programa de control con el que se controla un foco de la imagen en la direccion de la radiacion, en el que se mide la posicion del foco y el control ajusta el foco dependiendo de la medicion.

En particular, la invencion ensena la utilizacion de uno de los sistemas de formacion de imagen y el procedimiento anteriormente descritos en la cirugfa de la cornea, por ejemplo LASIK, utilizando un laser de femtosegundos. Asimismo, la invencion puede utilizarse en general en el mecanizado de material tecnologico.

A continuacion, se describe con detalle un sistema optico de formacion de imagen con ayuda de los dibujos.

Las figuras 1a y 1b muestran esquematicamente la estructura de un sistema optico de formacion de imagen, con la que puede ajustarse la posicion de un foco en un eje z.

A modo de ejemplo, el sistema de formacion de imagen debe explicarse con miras a la utilizacion de un laser de femtosegundos (es decir, un laser pulsado con longitudes de impulso inferiores a un picosegundo) en la cirugfa LASIK de cornea.

Una cabeza de laser emite los mencionados pulsos laser cortos y provoca, por ejemplo por fotodisrupcion, el corte de un denominado colgajo en la cornea. Para ello, la radiacion laser se enfoca en el estroma por debajo de la superficie de la cornea y se controla de manera espacio-temporal, de modo que se corte la forma de colgajo deseada. Para ello es necesario un control tridimensional del foco del pulso laser, es decir, un control en la direccion x, y y z. El control en el plano x-y que, en la figura, es perpendicular al plano del dibujo y al que es perpendicular el eje z, que representa tambien el eje optico del sistema optico de formacion de imagen mostrado, se realiza con medios convencionales, por ejemplo con el principio galvanometrico, y no esta representado aquf con mas detalle. Por tanto, se puede recurrir al estado de la tecnica.

Esta representada en detalle la variacion del foco en la direccion z que es perpendicular al plano x-y, que esta representada en la figura.

A continuacion, se especifican las abreviaturas utilizadas en la figura y las magnitudes ffsicas descritas respectivamente para ello:

Abreviaturas
Magnitudes ffsicas

L1
Distancia cabeza de laser - Lente 1

D1
Diametro de la lente 1

f1
Distancia focal de la primera lente (dispersion)

L2
Distancia de las dos lentes en el telescopio

D2
Diametro de la lente 2

f2
Distancia focal de la segunda lente

V
Aumento

L3
Distancia entre las segunda y tercera lentes

D3
Diametro de la tercera lente

5

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15

20

25

Abreviaturas
Magnitudes ffsicas

f3
Distancia focal de la segunda lente

L4
Distancia entre la tercera lente y el punto focal

fs
Desplazamiento del punto focal

Por lo menos una de las lentes en la optica de formacion de imagen es una lente liquida electricamente controlable. Para una mejor comprension de la invencion considerese seguidamente el caso - que no cumple la condicion de la reivindicacion 1, segun la cual por lo menos una de las lentes telescopicas debe ser una lente liquida - de que la lente D3 sea una lente liquida de este tipo. Por medio de la modificacion de la distancia focal f3 de esta lente, la posicion del punto focal, es decir, la distancia L4 entre la lente D3 y el punto de foco, puede modificarse de forma rapida y precisa.

La figura 1a muestra el estado de la formacion de imagen sin tension aplicada a la lente liquida D3, mientras que la figura 1b muestra la variacion de la posicion del foco en la direccion z al aplicar una tension U=50V a la lente liquida D3.

Las figuras 1a y 1b muestran un telescopio de ensanchamiento, en el que sin tension aplicada a la lente liquida D3 (U=0V) resulta: f3=f31. Al aplicar una tension U=50V segun la figura 1b resulta f3=f32<f31.

La lente liquida y la unidad de exploracion (no mostrada en detalle en la figura) en el plano x-y se controlan por un ordenador segun un programa de control. En la generacion de un colgajo en el procedimiento LASIK, el programa de control se aplica de tal manera que a cada posicion en el plano x-y (en el que el plano esta discretizado en puntos), este asociada una posicion en el eje z. Por medio de esta conexion funcional directa entre la posicion x-y y la posicion z, el programa de control puede representarse facilmente.

Un perfeccionamiento no representado en detalle en la figura preve que la posicion z del foco se vigile con un dispositivo de medicion. El control se realiza entonces online de tal manera que la medicion intervenga directamente en el programa de control y, en caso de un desplazamiento no deseado del foco en el eje z, se active de manera correspondiente la lente liquida para fines correccion.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema optico de formacion de imagen, que comprende:
    - por lo menos una lente de enfoque,
    - por lo menos dos lentes en un telescopio,
    - una unidad de exploracion en un plano x-y,
    caracterizado por que por lo menos una de las lentes telescopicas es una lente lfquida electricamente ajustable y la unidad de exploracion esta dispuesta en la trayectoria de los rayos detras del telescopio y delante de la lente de enfoque, estando el sistema de formacion de imagen previsto para compensar la curvatura del campo de imagen de la lente de enfoque por medio del ajuste electrico de la lente lfquida.
  2. 2. Procedimiento para controlar un sistema optico de formacion de imagen segun la reivindicacion 1, en el que dicha por lo menos una lente de enfoque esta dispuesta para enfocar la imagen en una direccion z, que es perpendicular al plano x-y, en el que el procedimiento de control se basa en una funcion matematica, que comprende la posicion del foco en la direccion z como una funcion directa de la posicion en el plano x-y.
  3. 3. Procedimiento para controlar un sistema optico de formacion de imagen segun la reivindicacion 1 segun un programa de control, con el que un foco de la imagen es controlado en la direccion de la radiacion, siendo la posicion del foco medida y ajustando el control el foco en funcion de la medicion.
  4. 4. Utilizacion de un sistema optico de formacion de imagen segun la reivindicacion 1 con un laser de femtosegundos en la cirugfa de la cornea.
  5. 5. Utilizacion de un sistema optico de formacion de imagen segun la reivindicacion 1 en el procesamiento de material.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 o 3 con la utilizacion de un laser de femtosegundos en la cirugfa de la cornea.
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 o 3 para su utilizacion en el procesamiento de material.
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