ES2966971T3 - Procedimiento para la fabricación de sistema óptico de transmisión - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para producir una óptica transmisiva a partir de una pieza en bruto, en el que se logra una eliminación de material en la pieza en bruto usando un láser de ablación y la duración del pulso del láser de ablación es inferior a 1 ns y está preferiblemente entre 3 fs y 100 fs. , o entre 100 fs y 10 ps. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la fabricación de sistema óptico de transmisión

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar un sistema óptico de transmisión a partir de una pieza en bruto. Un sistema óptico de transmisión es generalmente una lente. La invención se refiere en particular a la fabricación de una lente intraocular, una lente de contacto, un implante refractivo o una lente para gafas. Además, la invención también se refiere al tratamiento de superficies ópticas parcialmente espejadas y parcialmente transparentes a la radiación.

El tratamiento de cualquier superficie moldeada en 3D mediante láser se describe en el documento WO 96/31315. Este se refiere en particular a la fabricación de superficies de sellado precisas sobre herramientas de moldeo.

El documento WO 2012/119761 A1 se refiere a un procedimiento para fabricar elementos ópticos mediante procesamiento con radiación energética, preferiblemente con radiación láser. En este proceso, las piezas en bruto de vidrio de cuarzo se tratan primero mediante remoción gruesa y después mediante pulido y remoción fina. Este procedimiento iterativo con varias etapas procedimentales es especialmente adecuado para materiales duros como el vidrio o el acero.

El documento DE 10 2007 058 105 A1 describe un procedimiento para fabricar un sistema óptico de transmisión utilizando un láser de remoción de material. En este procedimiento, sin embargo, la remoción de material no se consigue con el láser sobre una pieza en bruto, sino con un agente de remoción de material que se introduce por separado con un vaporizador a la superficie que se va a procesar. En este procedimiento, la remoción de material se consigue con el agente de remoción y el láser no actúa sobre la superficie de la pieza en bruto, sino sobre el agente de remoción, que absorbe la radiación láser como fase de vapor o en una fase líquida condensada entre el láser y la pieza en bruto. Las duraciones de pulsos inferiores a 500 fs indicadas en la presente solicitud se refieren a la radiación láser que incide sobre el medio de remoción en forma de vapor o líquido y no a un rayo láser que conduce a la remoción de material de la pieza en bruto. Estos procedimientos son adecuados para materiales especialmente duros.

El documento US 5 143660 A describe un procedimiento de moldeo por inyección para la fabricación de lentes de plástico. En este procedimiento se forman agujeros especiales en la lente que sirven para absorber líquidos, como medicamentos en particular.

El documento WO 2015 165435 A1 (base del preámbulo de la reivindicación 1) muestra un procedimiento genérico que, sin embargo, no puede utilizarse para aplicaciones industriales.

Por lo tanto, el objetivo fundamental de la invención es presentar un procedimiento genérico que permita una fabricación rápida y rentable.

Este objetivo se logra mediante un procedimiento con las características de la reivindicación de patente 1. Desarrollos avanzados ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Gracias a la duración extremadamente corta del pulso del láser de remoción, el material de la pieza en bruto que se evapora durante el pulso no obstaculiza la entrada de energía después de la evaporación y después de cada pulso, dentro de la breve interrupción entre dos pulsos, el vapor también puede escapar en gran medida de la zona de procesamiento o el láser puede dirigirse a otra zona de procesamiento. Esto permite un procesamiento preciso de la superficie, en el que se pueden fabricar pequeños cráteres en la superficie de la pieza en bruto muy próximos entre sí.

Gracias a la corta duración del pulso, prácticamente no hay interacción entre el material fundido y el material de la pieza en bruto que se vaporiza bajo la radiación láser. La remoción del material se consigue por vaporización directa y, como resultado, el material tratado apenas sufre daños. Los pulsos láser ultracortos con duraciones que van desde unos pocos femtosegundos a unos pocos picosegundos o nanosegundos permiten nuevos procedimientos de mecanizado que no son posibles con las herramientas convencionales. Estos destellos láser dan lugar a intensidades de pico extremadamente altas, que pueden alcanzarse con energías de pulso relativamente bajas gracias a la fuerte compresión temporal. Esto permite una remoción de material de alta precisión y el procesamiento de materiales sensibles a la temperatura.

Según la invención, la pieza en bruto es de plástico. Para esto son adecuados los monómeros y polímeros, así como combinaciones de los mismos y, en particular, plásticos transparentes.

La pieza en bruto comprende preferentemente un acrilato. La pieza en bruto también puede estar hecha de diferentes plásticos. El acrilato es preferiblemente transparente o parcialmente transparente. Pueden utilizarse acrílicos con o sin plastificantes. Los materiales adecuados incluyen HI56 SPECS®, PMMA, CI26® o Contaflex CI18®, hidrogel, silicona o incluso combinaciones de un colágeno y un polímero, como Collamer®.

La pieza en bruto puede cortarse o recortarse a partir de un cuerpo base, como en particular una varilla cilíndrica o una placa. Es particularmente ventajoso si la pieza en bruto se produce por moldeo por inyección o extrusión.

Una variante de realización particularmente ventajosa prevé que la pieza en bruto se produzca mediante fabricación aditiva (impresión 3D) a partir de un material en polvo, líquido o gaseoso. La pieza en bruto puede tener ya una forma tridimensional adaptada al molde final, que también puede ser asimétrico. Aquí también puede utilizarse tanto el procedimiento de acumulación como la combinación con el procedimiento de remoción descrito.

Una variante de realización ventajosa prevé que se utilice una pieza en bruto que tenga un gradiente de densidad. Tal gradiente de densidad conduce a un comportamiento de refracción óptica localmente diferente dentro de la pieza en bruto. Como resultado, ajustando la densidad óptica dentro de la pieza en bruto, se puede fabricar y utilizar una pieza en bruto que produzca la misma refracción de la luz que una pieza en bruto homogénea con una curvatura de superficie inferior.

Alternativa o acumulativamente, se propone que la pieza en bruto esté hecha de diferentes materiales o tipos de material. Esto da lugar a una pieza en bruto de múltiples materiales, que conduce a un comportamiento refractivo específico debido a la elección de los materiales y la disposición local de los materiales. También se puede conseguir un gradiente de densidad como resultado de una determinada selección de materiales con diferentes densidades, lo que determina el comportamiento refractivo de la pieza en bruto y del sistema óptico.

Si, por ejemplo, las regiones exteriores del revestimiento de un cilindro tienen una densidad óptica diferente a la de la zona central, la radiación que incide sobre la cara plana del cilindro se desvía en función de la densidad óptica del material sin que la superficie tenga que curvarse. Como resultado, el gradiente de densidad en una lente circular permite reducir la curvatura de la superficie en la dirección radial. Esto facilita el procesamiento de la superficie menos curvada con un rayo láser, ya que, a causa de la menor curvatura, el rayo láser puede guiarse más fácilmente aproximándose en ángulo recto a una normal sobre la curvatura de la superficie. Sin embargo, la pieza en bruto también puede tener ya un comportamiento refractivo que se aproxime a la forma de referencia deseada de la lente. Esto reduce el esfuerzo de procesamiento de la lente.

Por lo tanto, en un desarrollo avanzado se propone utilizar una pieza en bruto con una sección transversal circular que tenga una densidad óptica diferente hacia el centro de aquella hacia el borde.

Un gradiente de densidad en la lente permite fabricar la lente con una curvatura menor o incluso sin curvatura. De este modo, la lente puede fabricarse de forma flexible y capaz de enrollarse. Esto permite plegar o enrollar una lente muy pequeña para introducirla en el ojo a través de una abertura especialmente pequeña. De este modo, una incisión muy pequeña en la córnea es suficiente para retirar la antigua lente destructible e introducir en el ojo una nueva lente, que luego se despliega o desenrolla en el ojo.

Las realizaciones relativas a los diferentes materiales y al gradiente de densidad son esenciales para la invención independientemente de la duración del pulso especificada en la reivindicación 1.

Es ventajoso que la energía del pulso varíe durante la remoción y/o durante el pulido. Así pues, se propone que la energía del láser varíe con el tiempo. Esto hace posible la remoción o el pulido en determinadas zonas de la superficie con una energía de pulso mayor que en otras zonas de la superficie. Por ejemplo, si el rayo láser se guía a lo largo de una línea serpenteante sobre la superficie de la pieza en bruto, el aporte de energía puede reducirse en las zonas de desviación.

Si el objetivo es remover material para cambiar la forma de la pieza en bruto, se habla de remoción o láser de remoción. Si, por el contrario, la forma debe permanecer lo más inalterada posible y solo debe alisarse la superficie, se habla de pulido o láser de pulido.

Es especialmente ventajoso que la forma del sistema óptico procesado en la zona de la superficie procesada se mida después de cada pulso láser. Puede determinarse la remoción total por área de superficie o incluso la forma del cráter. Para esto sirve preferiblemente la tomografía de coherencia óptica. Esta permite guardar los datos de localización y tenerlos en cuenta a la hora de procesar posteriormente la superficie o procesar una superficie vecina. Las mediciones se realizan directamente después de un pulso o durante el tiempo que transcurre hasta que la superficie medida se procesa repetidamente o hasta que se procesa una superficie vecina. Esto permite una precisión en el rango micrométrico o incluso submicrométrico.

Además de medir la superficie procesada, es ventajoso que la temperatura del procedimiento se controle durante el procesamiento con un sistema de medición, preferiblemente con un pirómetro o una cámara térmica. Esto también permite controlar la temperatura del procedimiento para mantenerla dentro de un ancho de banda definido.

El pulso láser tiene generalmente una distribución de intensidad gaussiana sobre la superficie. Sin embargo, se consigue una precisión especial en el procesamiento de superficies gracias a que la distribución de energía de un pulso es localmente asimétrica. Por lo tanto, en la desviación de un pulso rectangular, los bordes del rectángulo pueden estar formados de manera diferente. En particular, el pulso puede ascender con más fuerza en un lado hacia el centro de lo que desciende alejándose del centro en el otro lado. Esto permite variar la distribución de la energía sobre la superficie del rayo láser de forma que, cuando el rayo incide sobre una superficie curva, se consiga una vaporización adaptada a la superficie curva. En particular, la profundidad del cráter creado por el pulso láser también puede reducirse sin reducir el volumen vaporizado durante el pulso.

Esto permite una remoción casi constante sobre la superficie a tratar. Además, el perfil de remoción puede variarse y manipularse de manera discrecional.

Además, la profundidad del cráter también debe ser esencialmente constante en toda la superficie a tratar. Esencialmente significa aquí que la distribución de intensidad del rayo láser se ajusta de modo que, por ejemplo, al irradiar una superficie circular con un radio r, la profundidad media del cráter en una superficie circular con un radio r/2 sea como máximo dos veces más profunda que la profundidad media del cráter en una superficie anular en el rango de r/2 a r. Preferiblemente, la desviación se encuentra incluso en el rango sub-pm.

Una forma de realización prevé que la distribución de energía del pulso durante un pulso tenga al menos un máximo en una superficie circular u oval en la dirección radial. La distribución de intensidad del pulso puede representarse, por ejemplo, como la forma de un cráter volcánico, de modo que en las zonas de los bordes de la superficie oval circular actúa una intensidad mayor que en la zona central. Esto permite variar individualmente la distribución de la intensidad del pulso sobre la zona alcanzada por el pulso, en función del objetivo. Esta forma de pulso puede ajustarse una vez o modificarse durante el procesamiento. Por lo tanto, se propone que la distribución de la energía del pulso se varíe transversalmente a la dirección de la radiación durante el procesamiento.

Las explicaciones sobre la distribución local y temporal de la energía son esenciales para la invención, independientemente de la duración del pulso especificada en la reivindicación 1.

El efecto de un rayo láser difiere dependiendo de si el rayo láser incide perpendicularmente o en ángulo sobre la superficie a procesar. Esto da lugar a que la orientación del rayo láser con respecto a la superficie procesada también influye en el resultado de la remoción. Para limitar estas diferencias se propone que, durante el procesamiento de un sistema óptico curvada, la alineación del rayo láser se mantenga esencialmente perpendicular a un plano tangente en la intersección del rayo láser y el sistema óptico. Esencialmente significa aquí: con una desviación inferior al 40 % y preferiblemente inferior al 10 %. Dado que perpendicular describe un ángulo del rayo láser de 90° con respecto al plano tangente, esencialmente perpendicular describe, por ejemplo, un ángulo del rayo láser con respecto al plano tangente superior a 70°. Alternativa o acumulativamente, la intensidad o la distribución de la intensidad del rayo láser también puede variar en función del ángulo de incidencia.

Para garantizar que el rayo láser incida en la superficie que se va a procesar con un ángulo lo más recto posible, el rayo puede desviarse utilizando espejos. Sin embargo, las posiciones del láser y del sistema óptico a procesar también pueden modificarse una con respecto a la otra. Por lo tanto, se propone mover la posición y/o la orientación de la pieza en bruto o del láser durante el procesamiento.

El esfuerzo de procesamiento puede reducirse en gran medida mediante el uso de una pieza en bruto que ya tiene una forma definida en uno o varios lados, como en particular una forma convexa o cóncava, y solo se procesa en un lado con el láser. Una variante de realización preferida prevé que la pieza en bruto tenga una forma simétrica en un lado y se procese asimétricamente o como una forma libre en otro lado.

Las realizaciones relacionadas con la alineación del rayo láser y la forma de la pieza en bruto también son, cada una por sí misma, esenciales para la invención, independientemente de la duración del pulso especificada en la reivindicación 1.

El procesamiento preciso del sistema óptico permite fabricar individualmente una ayuda visual para un paciente, en particular una lente intraocular o una lente de contacto. Para esto, se propone medir primero un ojo de un paciente y generar así un conjunto de datos y, a continuación, controlar el láser de remoción y/o el láser de pulido basándose en los datos de este conjunto de datos.

El ojo puede medirse utilizando biometría y/o topometría para determinar la longitud axial del globo ocular, la superficie anterior de la córnea, la superficie posterior de la córnea, el grosor de la córnea y/o el índice de refracción de la córnea. La topometría permite utilizar un oftalmómetro o un queratómetro para registrar no solo los radios centrales, sino también los radios corneales periféricos, con el fin de obtener parámetros de superficie significativos, por ejemplo, para adaptar lentes de contacto o lentes intraoculares. La topometría proporciona valores medidos individuales a partir de los cuales se puede hacer conclusiones aproximadamente sobre el carácter de la superficie, mientras que la queratografía proporciona un perfil de superficie completo. De este modo se obtiene un conjunto de datos para la forma de referencia, que permite personalizar una lente u otra ayuda visual. Los defectos visuales pueden tener su origen en todos los elementos del ojo. La medición de los elementos individuales o la utilización del trazado del rayo para determinar la difracción de un haz de radiación que atraviesa un ojo permite definir una corrección de la visión para compensar estos errores con un medio corrector de la visión.

Es ventajoso que durante la medición ya se haya generado un conjunto de datos que pueda convertirse fácilmente en un programa de control informático para fabricar una lente.

Pueden utilizarse diversas ayudas visuales o medios de corrección de la visión fabricados individualmente o pueden combinarse ayudas visuales estándar con medios de corrección de la visión fabricados individualmente. Sin embargo, también es posible sustituir únicamente el cristalino por una lente intraocular corregida para corregir el mayor número posible de defectos del ojo.

Un procedimiento de este tipo se describió en el documento EP 0954255 B1. Se proponía cortar una lente artificial con láser. Este procedimiento no es económicamente viable, ya que es costoso cortar una lente con un láser de modo que corresponda exactamente a una forma de referencia específica y sea tan lisa que no se produzcan refracciones de luz no deseadas. Solo la combinación del procedimiento con un material plástico como particularmente un acrilato y un láser que vaporiza el plástico dio lugar a un procedimiento económico. Este procedimiento también es esencial para la invención, en particular como procedimiento de dos etapas con un láser de remoción utilizado para una remoción de material y un láser de pulido utilizado para una etapa de pulido, independientemente de las etapas de procedimiento antes mencionadas.

La lente también puede tener funciones multifocales. Además, con la lente también pueden corregirse errores causados por la dispersión en el ojo, como en particular los centros de dispersión relacionados con la edad en el cuerpo vítreo. Además, los reflejos en el ojo, las absorciones locales, los cambios de polarización en el ojo y las deficiencias visuales individuales pueden corregirse de tal manera que la calidad de la corrección alcance o incluso supere la resolución óptica de la retina (LIO (lentes intraoculares) de calidad retiniana).

Además, se propone modificar específicamente la densidad óptica de la superficie del sistema óptico mediante remoción y/o pulido de tal manera que el índice de refracción modificado impida los reflejos. La refracción de la luz, como el efecto Fabry-Pérot y las reflexiones múltiples, pueden minimizarse especialmente mediante un pulido extremo. El pulido actúa entonces como un revestimiento antirreflectante. Esto también puede lograrse, en particular, cambiando el índice de refracción en diferentes capas.

En particular, para eliminar la radiación dispersa y poder fabricar lentes con mayor profundidad de foco y LIO multifocales, se propone utilizar radiación láser para cambiar el material de la pieza en bruto de tal manera que la lente acabada tenga un gradiente de densidad óptica. El cambio del gradiente de densidad puede conseguirse mediante procedimientos ablativos y aditivos. Por ejemplo, puede conseguirse un gradiente de densidad rotando radialmente la orientación del punto de luz láser o del foco láser. En particular, también puede conseguirse un gradiente de densidad mediante una distribución definida del rayo. Por ejemplo, puede utilizarse una mayor intensidad del rayo láser en una zona radialmente interior que en una zona radialmente exterior para conseguir un gradiente de densidad o zonas de diferente densidad. De manera correspondiente, en una zona radialmente interna también puede trabajarse con una intensidad menor del rayo láser que en una zona radialmente más externa para conseguir un gradiente de densidad o zonas de diferente densidad. Este gradiente o diferencia de densidad puede tenerse en cuenta al calcular el comportamiento refractivo de un sistema óptico de transmisión. Resulta ventajosa una diferencia de densidad óptica entre dos zonas de la lente de al menos 0,01. De este modo, se puede fabricar cualquier gradiente de índice de refracción, preferiblemente simétrico radialmente, como un salto de densidad o como una transición de densidad continua.

Un campo de aplicación especialmente importante del procedimiento es, por tanto, la fabricación de un sistema óptico para una lente intraocular.

Según la invención, el procedimiento funciona de tal manera que produce una remoción de material de 0,02 jm a 5 |jm y de modo particularmente preferible de 0,02 jm a 0,5 jm por pulso. Dependiendo de la remoción de material requerida, la remoción también puede llevarse a cabo en varias capas, en cuyo caso la remoción por capa debe ser inferior a 2 jm , de modo particularmente preferible inferior a 1 jm . Inicialmente puede trabajarse con una gran remoción y la remoción por capa puede reducirse a medida que se aproxima a la forma de referencia. Como resultado, se provoca inicialmente una gran remoción con mayores intensidades o incluso mayores áreas irradiadas y después se provoca una menor remoción por pulso de forma que la superficie quede lo más lisa posible y requiera poco pulido.

Se ha descubierto que es ventajoso que el láser de remoción funcione con una longitud de onda láser de 100 a 1200 nm y preferentemente inferior a 400 nm, en particular entre 193 nm y 370 nm. Las longitudes de onda preferidas son 193, 248, 266, 343 y 355 nm.

Según la invención, el diámetro de enfoque del láser de remoción durante la remoción está comprendido entre 5 y 50 pm y preferentemente alrededor de 20 pm.

Según la invención, la velocidad de barrido del láser de remoción es de 100 a 5000 mm/s y preferentemente de 500 a 5000 mm/s y de modo particularmente preferible de unos 1000 mm/s.

Según la invención, la energía de pulso del láser de remoción es de 0,1 jJ a 10 jJ y preferentemente cerca de 1 jJ .

La velocidad de repetición del láser de remoción puede ser de 5 kHz a 5000 kHz y preferentemente de 50 a 200 o de 10 a 500 kHz.

Una variante ventajosa del procedimiento prevé que el rayo láser del láser de remoción se utilice primero para eliminar material a una distancia de la forma de referencia hasta que se haya eliminado al menos el 50 % del material y solo entonces se elimine material en una zona más cercana a la forma de referencia. El láser se puede guiar hacia arriba o hacia abajo. Cuando el láser se guía hacia arriba, solo se retira un trozo radialmente del todo en el exterior y, a continuación, por regla general, se retira un trozo más pequeño radialmente hacia el interior. Hacia abajo significa que primero se retira un trozo grande desde el exterior radial hasta la forma final y después se retira un trozo más pequeño por debajo.

También ha demostrado ser ventajoso si la distancia entre los cráteres de remoción creados por los pulsos láser individuales en la superficie dentro de una capa de remoción no es constante. Esta distancia también puede variarse para ajustar la densidad media de la capa removida. Como resultado, la remoción por área se ve alterada por la distancia entre las áreas de incidencia de los pulsos en el sistema óptico a procesar. Las superficies de incidencia de los pulsos que están muy juntas dan como resultado una mayor remoción, mientras que las superficies de incidencia de pulso que están muy separadas dan como resultado una menor remoción.

Para el pulido se propone que el láser de pulido funcione en modo pulsado o modulado con una duración de pulso superior a 1 ps. Esto permite conseguir un pulido óptimo en plásticos, por ejemplo.

Las longitudes de onda de láser preferidas para el pulido están en el rango entre 0,1 pm y 100 pm y preferiblemente entre 9 pm y 11 pm o entre 0,1 pm y 0,4 pm o entre 1 y 12 pm.

Una dirección especial del procedimiento prevé que el láser de pulido funcione de forma continua. Por lo tanto, el láser no es pulsado durante el pulido, sino que el rayo se mueve con respecto a la superficie del sistema óptico, preferiblemente incluso con intensidad cambiante. En contraste con un láser pulsado, una cierta potencia del láser está por lo tanto siempre presente.

Para el pulido se ha demostrado que es ventajoso que el láser de pulido tenga un diámetro de rayo en la pieza de trabajo de menos de 10 mm y preferiblemente entre 0,1 mm y 8 mm. La operación de pulido puede simplificarse si el láser de pulido tiene un diámetro de rayo sobre la pieza de trabajo mayor o igual que la superficie a pulir. Esto hace posible pulir esta superficie de una sola vez sin mover el láser hacia adelante y hacia atrás sobre la superficie.

Una velocidad de avance ventajosa del láser de pulido está comprendida entre 1 y 100 mm/s.

Además, es ventajoso si el láser de pulido se forma en una "cuasi-línea" mediante un movimiento de barrido con una velocidad de barrido de 500 mm/s a 20 000 mm/s. Al mover el rayo láser hacia adelante y hacia atrás se crea una superficie rebajada o una ranura en lugar de cráteres individuales, incluso con un láser pulsado.

El láser de pulido puede funcionar con una potencia láser media de 1 a 500 W, preferiblemente de unos 100 a 300 W. Es ventajoso si se realizan menos de 30 y preferiblemente solo de 1 a 10 pasadas con el láser de pulido para pulir el sistema óptico.

El láser de pulido también puede funcionar con una longitud de línea que sea al menos tan larga como una extensión de la superficie a pulir. El rayo láser se guía, por lo tanto, como una línea sobre la superficie a pulir y se tiene cuidado de asegurar que toda la superficie está cubierta por el rayo láser.

El objetivo fundamental de la invención también se logra mediante una lente que tiene una densidad que es un 1% menor en una zona que en otra zona de la lente. Un gradiente de densidad de este tipo da lugar a un comportamiento refractivo especial en diferentes zonas, por el que la lente provoca una refracción diferente de la luz no solo debido a su forma sino también, en particular, debido a su densidad. Es ventajoso si la diferencia es del 2 al 5 % o incluso más, por ejemplo, más del 10 %.

También es ventajoso si la lente tiene una zona superficial y una zona central y la densidad en la zona superficial es mayor que en la zona central. De forma acumulativa o alternativa, la lente puede tener una sección transversal circular y un gradiente de densidad radial.

Dependiendo del uso previsto, puede ser ventajoso que la lente refleje menos del 5 % y preferiblemente menos del 1 % de la radiación incidente.

Las realizaciones relativas a los parámetros del láser durante la remoción y el pulido también son esenciales para la invención, independientemente de la duración del pulso especificada en la reivindicación 1 y de las características adicionales mencionadas anteriormente.

Ejemplos de realizaciones según la invención se muestran en el dibujo y se describen a continuación. En este La figura 1 muestra esquemáticamente una pieza en bruto para la fabricación de una lente,

La figura 2 muestra esquemáticamente la pieza en bruto durante el procesamiento por láser,

La figura 3 muestra esquemáticamente la pieza en bruto procesada después del procesamiento por láser, La figura 4 muestra esquemáticamente la incidencia de un rayo láser sobre la superficie de una lente,

La figura 5 muestra esquemáticamente la masa fundida y el vapor generado tras incidir el rayo láser,

La figura 6 muestra esquemáticamente la evaporación del vapor generado,

La figura 7 muestra esquemáticamente un cráter generado en la superficie de la lente,

La figura 8 muestra esquemáticamente el alisado de la superficie de una lente con un rayo láser,

La figura 9 muestra esquemáticamente la superficie de una lente en bruto sin tratar,

La figura 10 muestra esquemáticamente la superficie de la lente después de la remoción por láser,

La figura 11 muestra esquemáticamente la superficie de la lente después del pulido,

La figura 12 muestra esquemáticamente el avance de un láser durante el procesamiento,

La figura 13 muestra esquemáticamente la dependencia de la velocidad de avance de la potencia del láser, La figura 14 muestra una vista superior esquemática de una lente con un gradiente de densidad,

La figura 15 muestra esquemáticamente una sección a través de la lente mostrada en la figura 14,

La figura 16 muestra esquemáticamente la variación de la intensidad del impulso con el tiempo,

La figura 17 muestra esquemáticamente la variación local de la intensidad del impulso,

La figura 18 muestra esquemáticamente un impulso con una depresión central de la intensidad,

La figura 19 muestra esquemáticamente la alineación del rayo láser con respecto a la lente,

La figura 20 muestra esquemáticamente el procesamiento del láser en el interior de la lente,

La figura 21 muestra esquemáticamente cráteres de remoción espaciados de forma diferente en la superficie de la lente,

La figura 22 muestra esquemáticamente una lente con una densidad aumentada en el interior de la lente, La figura 23 muestra esquemáticamente una lente con una densidad aumentada en la superficie de la lente, La figura 24 muestra esquemáticamente una vista superior de la lente mostrada en la figura 23,

La figura 25 muestra esquemáticamente una lente con una densidad aumentada en la zona radialmente exterior de la lente,

La figura 26 muestra esquemáticamente una vista superior de la lente mostrada en la figura 25,

La figura 27 muestra esquemáticamente una lente con densidad variable en la dirección radial, y

La figura 28 muestra esquemáticamente una vista superior de la lente mostrada en la figura 27.

La figura 1 muestra una lente en bruto 2 como sistema óptico de transmisión 1. La figura 2 muestra cómo se procesa esta lente en bruto 2 mediante un láser de remoción 3. En el ejemplo mostrado en la figura 2, la remoción de material 4 indicada ya se ha conseguido en el lado izquierdo de la lente 2 mediante el láser 3. Una vez removido el material, se mide la forma 6 de la lente 2 en la zona de la superficie procesada mediante el dispositivo de medición 5. Esto permite influir en el tipo de impulso del láser 3 basándose en los valores medidos, preferiblemente aún durante el procesamiento. Además, ya durante el procesamiento la temperatura de procedimiento se vigila con el pirómetro 7. También se puede influir en la temperatura del procedimiento, y dado el caso incluso regularla, actuando en el tipo de rayo del láser 3.

Después de la remoción, la pieza en bruto 2 tiene la forma que se muestra en la figura 3 con un volumen reducido, que se atribuye a la remoción de material 4.

La pieza en bruto es un plástico y en el presente caso un acrilato 8. Esta pieza en bruto también puede tener otros materiales como, por ejemplo, otros plásticos o vidrio. Sin embargo, la superficie de la pieza en bruto que se va a reelaborar es de plástico. La figura 4 muestra cómo el rayo láser 9 incide sobre la superficie 10 del acrilato 8 y penetra en el acrilato en la zona 11 en forma de concha. La duración del pulso del láser de remoción es de unos 100 femtosegundos y gracias a esto se vaporiza el acrilato en la zona 11. Esto produce una zona en forma de concha 12. En esto surge una zona 12 en forma de concha de un acrilato fundido y una zona 13 de vapor dentro de esta zona 12 en forma de concha.

La figura 6 muestra cómo la masa fundida 12 se solidifica de nuevo y el vapor 13 se disipa. Esto deja el cráter 14 mostrado en la figura 7 en la zona de acrilato 8 al final de la operación.

Disponiendo varios cráteres de este tipo próximos entre sí se consigue una remoción de material 4 plana. La estructura de la superficie resultante es rugosa debido a la disposición en hilera de los cráteres. La rugosidad de la superficie plástica puede reducirse minimizando la profundidad del cráter y minimizando las distancias entre los cráteres.

Es ventajoso para alisar la superficie si se minimiza la intensidad del láser y/o se aumenta el área de incidencia del láser sobre la superficie a procesar para que solo se funda material y, si es posible, no se vaporice material. Para ello se suele utilizar un láser de pulido 20 que se desplaza barriendo a lo largo de la línea 21 a una velocidad de barrido (VScan) y una anchura de incidencia 22, 23 sobre la superficie 24. El láser de pulido 20 se desplaza hacia delante a una velocidad de avance (Vfeed) en la dirección de la flecha 25 perpendicular a la línea 21.

Como resultado, tal y como se muestra en las figuras 9 a 11, la pieza en bruto 2 se procesa primero con el láser de remoción para conseguir la remoción de material 4, lo que da como resultado una superficie rugosa de la pieza en bruto 2. El pulido por láser posterior produce la superficie lisa 26 de la pieza en bruto 2 que se muestra en la Figura 11.

En el ejemplo de realización, la superficie de material mostrada en la figura 10 se genera sobre una lente intraocular 2 a partir de la forma inicial mostrada en la figura 9 mediante remoción selectiva de material y esta superficie de material se alisa a continuación mediante pulido láser hasta que es transparente. Esto produce la superficie de material mostrada en la figura 11.

Durante la remoción de material 4 con el láser de remoción 3 se tiene cuidado de que se consiga una remoción selectiva localizada de material solo en el punto donde el láser incide en la superficie, sin daño térmico al material circundante, por la acción de radiación láser pulsada ultracorta de unos 100 o 200 femtosegundos. En el ejemplo de realización se utiliza una longitud de onda láser de 343 nm para que la radiación láser se absorba cerca de la superficie en el acrilato debido a la pequeña profundidad de penetración óptica de esta longitud de onda láser.

Comparando la forma inicial y la forma objetivo de la superficie, se determina la profundidad de remoción requerida y, por tanto, el número necesario de pulsos láser en cada punto de la superficie. De este modo, la remoción de material 4 puede establecerse mediante el número de impulsos láser por área sin cambiar el tipo de radiación láser. El rayo láser 30, en particular para la remoción de material por láser, puede guiarse en forma serpenteante sobre la superficie a procesar. Sobre la base del número calculado de impulsos láser por área, el láser se enciende y se apaga mientras se desplaza sobre la superficie a procesar.

En el ejemplo de realización que se muestra en la figura 12 se utiliza un diámetro de rayo 31 de la radiación láser en la superficie del material de aproximadamente 20 pm, una velocidad de repetición de 100 kHz y una velocidad de barrido 32 de 1000 mm/s. De ello resulta una velocidad de avance 33 (Vfeed) con la que el láser 30 es guiado sobre la lente 34.

Para el posterior pulido con láser se utiliza un láser con una longitud de onda de 10,6 pm, ya que esta longitud de onda también se absorbe cerca de la superficie en el material. El láser funciona de forma continua y la potencia del láser está en el rango de 50 a 100 vatios. Esto da lugar a que durante el pulido con láser la superficie del material se funde mediante la acción de la radiación láser y luego se alisa mediante la tensión superficial antes de que se solidifique nuevamente.

En el ejemplo de realización mostrado en la Figura 12 se realizan 20 iteraciones (número de pasadas) para pulir gradualmente la superficie, en cuyo caso cada iteración reduce la rugosidad de la superficie hasta alcanzar la rugosidad objetivo. Se proporciona una pausa de 20 segundos entre iteraciones para evitar el sobrecalentamiento de la muestra.

La estrategia de procesamiento para la iteración mostrada en la Figura 12 se caracteriza por el hecho de que se utiliza una estrategia de barrido bidireccional con una velocidad de barrido de 5000 mm/s, y de esta manera se genera un foco casi lineal. Este foco casi lineal 35 se guía sobre la superficie de la lente 34 a pulir con una velocidad de avance 33 de 30 a 40 mm/s. El diámetro del rayo 31 en la pieza de trabajo es en este ejemplo de realización de 6 mm. También se utiliza preferiblemente una regulación de temperatura para seguir mejorando la estabilidad del pulido por láser.

Si la potencia promedio del láser es mayor, se debe usar una velocidad de avance más alta y si se reduce la potencia promedio del láser, se reduce la velocidad de avance. Por tanto, este procedimiento es escalable. La dependencia entre la velocidad de avance 33 y la potencia láser promedio 36 se muestra en la Figura 13. Esto da como resultado la zona de trabajo 37 preferida sombreada.

La figura 14 muestra una pieza en bruto 40 especial, que se fabrica mediante moldeo por inyección. Esta pieza en bruto tiene un gradiente de densidad como resultado del procedimiento de moldeo por inyección. En este caso, la zona central 41 está formada con una mayor densidad que la zona de los bordes 42. Este gradiente de densidad puede fabricarse en el moldeo por inyección mediante las condiciones de presión durante el procedimiento de inyección o en el moldeo por inyección de varios componentes, en el que se utilizan diferentes plásticos. En particular, en la fabricación aditiva a partir de un material en polvo, líquido o gaseoso se puede fabricar de manera sencilla una pieza en bruto con un gradiente de densidad o a partir de diferentes materiales. Este gradiente de densidad conduce a una refracción especial de la luz sobre la lente 40. Para que la diferente densidad de la pieza en bruto 40 no afecte la operación de remoción de material y al pulido, también se puede proporcionar una zona con una densidad diferente dentro de la lente 40, mientras que la superficie a procesar con la zona de superficie relevante para el procesamiento tiene una densidad uniforme.

Es ventajoso que durante la remoción y/o el pulido varíe la energía del pulso. La figura 16 muestra la intensidad de diferentes impulsos 50 a 55 sucesivos temporalmente, que tienen una intensidad diferente 56, pero la misma duración del pulso 57 (numerados solo como ejemplo). Por tanto, la intensidad 56 de los impulsos 50 a 55 fluctúa a lo largo del tiempo 58. La duración del pulso 57 de los pulsos individuales 50 a 55 también puede variar correspondientemente, mientras que la intensidad del pulso permanece constante. En última instancia, la intensidad 56 y la duración del pulso 57 también pueden variar en el tiempo y preferiblemente regularse para tener un efecto óptimo en el procedimiento de remoción o de pulido y lograr un procesamiento rápido sin sobrecalentamiento.

La distribución de intensidad local de un pulso 60 en los ejes espaciales 61 y 63 se muestra a modo de ejemplo en la figura 17. Este pulso muestra una energía de pulso 62 restringida localmente mayor en el lado izquierdo que en el lado derecho. El pulso puede, por ejemplo, caer lentamente a lo largo de la superficie 64 o caer bruscamente a lo largo de la superficie curva 65, de modo que el lado derecho del pulso tiene una concentración de energía significativamente menor que su lado izquierdo. Esto permite, por ejemplo, con un rayo láser que se mueve sobre una superficie, variar la intensidad de la radiación aplicada a una zona de superficie a lo largo del tiempo.

La figura 18 muestra una distribución de energía local especial de un pulso 70, en la que en la zona de los bordes 71 del pulso 70 hay una mayor energía que en la zona central 72. Esto conduce a que al incidir el pulso sobre la superficie de una lente en la zona de bordes del cráter resultante se aplica una energía más alta que en la zona central del cráter. Por lo tanto, el cráter recibe menos forma de cuenco y más una forma rectangular, de modo que varios cráteres, colocados uno al lado del otro, forman una superficie aproximadamente plana.

Para optimizar esto se propone variar la distribución de la energía del pulso durante el procesamiento transversalmente a la dirección de la radiación.

Para lograr un procesamiento homogéneo de una superficie en forma de lente 80 de una lente 81, es ventajoso si el rayo láser 82 se mantiene esencialmente perpendicular a una tangente 83 en la intersección 84 del rayo láser 82 y la lente 81. Esto se puede lograr variando la orientación del rayo láser durante el procesamiento y manteniendo constante la posición de la lente 81, o cambiando la orientación de la lente 81 con respecto al rayo láser 82 moviendo la lente 81 durante el procesamiento. Por supuesto, la lente y el láser también se pueden mover para lograr la alineación más perpendicular del rayo láser 82 hacia la normal 83 en la superficie de la lente. Además, en lugar de mover el láser, el rayo láser también se puede orientar con un espejo para que incida lo más verticalmente posible sobre la superficie de la lente.

Como en el ejemplo de la lente mostrada en las Figuras 14 y 15, la densidad de la lente puede variar mediante la elección del material o el procesamiento del material de la pieza en bruto. Sin embargo, la densidad también se puede modificar durante el procesamiento mediante remoción de material y/o pulido. Esto permite proporcionar diferentes densidades limitadas localmente por el tipo de rayo láser y como gradiente en la superficie de la lente. La densidad en la superficie del material se puede aumentar de tal manera que se eviten reflejos debido al índice de refracción modificado. Sin embargo, la densidad también se puede cambiar con el rayo láser o mediante varios rayos láser 91, 92 en el interior 90 de una lente 93 de modo que la refracción de la luz de la lente terminada resulta no como consecuencia de la forma de la superficie de la lente, sino también como consecuencia de un gradiente de densidad en la superficie 94 de la lente 93 y/o en la zona interior 90 de la lente 93.

La disposición de los cráteres de remoción 100 en la superficie 101 de una lente 102 se muestra en la Figura 21. Los cráteres de remoción 100 están más separados en la zona de los bordes 103 que en la zona central 104. Esto es solo un ejemplo para mostrar cómo el tipo de procesamiento de la superficie puede variar según el número de cráteres por área.

La lente 110 mostrada en la Figura 22 tiene una zona media central 111 que tiene una mayor densidad que la zona radialmente exterior 112.

La distribución de densidad inversa se realizó en la lente 120 mostrada en la Figura 23. Allí, un área exterior se muestra gráficamente más oscura para indicar la mayor densidad, mientras que la zona interior 122 se muestra más clara para indicar la densidad reducida.

En la vista superior mostrada en la Figura 24 se puede observar una densidad uniforme siempre que se considere solo la superficie visible. Por lo tanto, en ambos ejemplos de realización se presenta un gradiente de densidad en dirección del eje óptico 113 o 123.

La figura 25 muestra una lente 130 con un gradiente de densidad radial. En la zona del eje óptico 133 existe una zona 132 con menor densidad que en la zona 131 situada radialmente más hacia afuera. Por lo tanto, la vista superior en la Figura 26 muestra una zona radialmente exterior 131 más oscura y una zona central 132 más brillante, con menor densidad.

La figura 27 muestra una lente 140 con un gradiente de densidad multivocal. Aquí, las áreas 143 y 144 con menor densidad óptica se alternan en la dirección radial desde una zona media central 141 en el eje óptico 142, entre las cuales hay una zona 145 con mayor densidad óptica.

La figura 28 muestra en una vista superior que las zonas de mayor y menor densidad óptica son anulares.

En todos los ejemplos de realización mostrados, la densidad óptica puede pasar en forma de gradiente a una densidad óptica modificada y, alternativamente, las áreas de diferente densidad óptica pueden estar claramente delimitadas entre sí. La densidad óptica variable se puede utilizar para influir en el comportamiento refractivo de la lente al pasar un rayo de luz y en su desviación. Alternativa o acumulativamente, las propiedades reflectantes, en particular en la interfaz de la superficie de la lente, también pueden verse influidas por su densidad y la dureza normalmente asociada a esta.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para fabricar un sistema óptico de transmisión (1) a partir de una pieza en bruto (2) de plástico, en donde la remoción del material (4) en la pieza en bruto (2) se logra mediante un láser de remoción (3), la duración del pulso del láser de remoción (3) es inferior a 1 ns, caracterizado porque la energía del pulso del láser de remoción es de 0,1 |jJ a 10 |jJ, el diámetro del foco del láser de remoción está entre 5 y 50 jm , la velocidad de barrido del láser de remoción es de 500 a 5000 mm /s y el láser de remoción elimina material de 0,02 jm a 5 jm por pulso.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la pieza en bruto (2) pretratada con el láser de remoción (3) se procesa posteriormente con un láser de pulido (20).

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza una pieza en bruto (40) de sección circular que, hacia el centro (41), presenta una densidad óptica diferente de aquella hacia el borde (42).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante el procesamiento se vigila y/o se regula la temperatura del procedimiento con un pirómetro (7).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza en bruto se moldea simétricamente por un lado y se procesa asimétricamente o como forma libre, por el otro lado.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque primero se mide el ojo de un paciente y con ello se genera un conjunto de datos y luego se controla el láser de remoción y/o el láser de pulido basándose en los datos de este conjunto de datos.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de la pieza en bruto se cambia con la radiación láser de tal manera que la lente terminada tiene un gradiente de densidad óptica.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema óptico es una lente intraocular (LIO).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el láser de remoción funciona de tal manera que provoca una remoción de material de 0,02 jm a 0,5 jm .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el láser de remoción se hace funcionar con una longitud de onda láser inferior a 400 nm, en particular entre 193 nm y 370 nm.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro de foco del láser de remoción es de aproximadamente 20 jm .

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la velocidad de barrido del láser de remoción es de aproximadamente 1000 mm/s.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía del pulso del láser de remoción es de aproximadamente 1 jJ .

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tasa de repetición del láser de remoción es de 5 kHz a 5000 kHz y preferiblemente de 50 kHz a 200 kHz.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el láser de pulido se hace funcionar con una longitud de onda láser en el intervalo de 1 a 12 jm y de manera particularmente preferida entre 9 jm y 11 jm .

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el láser de pulido se hace funcionar de forma continua.

17. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el láser de pulido se forma en una "cuasi línea" mediante un movimiento de barrido a una velocidad de barrido de 500 mm/s a 20000 mm/s.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque con el láser de pulido se realizan menos de 30 y preferentemente de 1 a 10 pasadas.