УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА ПРИ ПОМОЩИ СФОКУСИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A61F9/01 

Область техники

Группа изобретений относится к устройству и способу для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения.

Уровень техники

Устройствами указанного типа являются, в частности, оптические системы, направляющие электромагнитное излучение, генерируемое, например, такими источниками излучения, как лазеры или светодиоды, и подаваемое на или в материал, подлежащий обработке, а также формирующие и фокусирующие это электромагнитное излучение. В контексте изобретения обработка материала может состоять, например, в формировании на нем микропаттернов, как это имеет место для полупроводников или металлических материалов. Однако, в первую очередь, изобретение может быть использовано в офтальмологических оптических системах, особенно в системах для рефракционной хирургии роговицы, такой как LASIK (laser in-situ keratomileusis - лазерный интрастромальный кератомилез).

При обработке материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения критическую важность, как правило, имеет точное задание положения фокуса, особенно в направлении распространения электромагнитного излучения (обычно именуемом "z-направлением"). Положение фокуса иногда именуется "фокальным положением". Однако этот термин охватывает не только упомянутое положение фокуса в направлении распространения излучения (и так называемую глубину фокуса), но и, в более широком смысле, также положение и ориентацию сфокусированного излучения, включая, например, смещение излучения с оптической оси системы или его угловое положение относительно этой оси.

В US 2002/0171028 описано устройство для контроля фокуса, в котором отраженный свет интерферирует в пространстве изображений со вторым пучком, что позволяет осуществлять интерферометрические измерения и управление.

Согласно US 6666857 B2 управление фокусом также производят посредством интерферометрического контроля волнового фронта. Активный контроль волнового фронта в процессе фотоабляции в глазу человека осуществляют с помощью системы адаптивных зеркал.

В US 2004/0021851 описано использование оптического устройства, состоящего из лазера и установленной на его выходе формирующей оптики, для измерения фокусного расстояния неизвестной линзы. Измерение фокусного расстояния производится фокусированием пучка на контрольные поверхности, расположенные на различных расстояниях, и детектированием части излучения, отраженной назад. Затем исследуется зависимость диаметров световых пятен от расстояния. Фокусное расстояние определяется посредством "соотношения Ньютона" (Z·Z'=f²). Для выведения отраженного назад излучения применена не описанная подробно дифракционная решетка, а при расчете фокальной длины использован формализм матриц Джонса. Погрешность данного способа составляет 1%.

В WO 2007/096136 A1 описано устройство для детектирования фокального положения в оптической системе, содержащее частично отражающую поверхность в контролируемой фокальной плоскости, камеру для регистрации изображения, отраженного этой поверхностью, и компьютер для оценки изображения, зарегистрированного камерой. На траектории пучка перед системой фокусирования изображения установлен оптический элемент, оказывающий на изображение влияние, зависящее от фокального положения. Фокальное положение управляется посредством элементов фокусирующей оптики.

Раскрытие изобретения

Далее изобретение будет описано и пояснено применительно к методу "фемтосекундный LASIK" (фемто-LASIK); применение изобретения для обработки других материалов в ситуациях, когда необходимо точное управление фокальным положением, осуществляется аналогичным образом.

Изобретение направлено на обеспечение возможности простого и надежного управления фокальным положением, в том числе по замкнутому контуру, в процессе обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения.

В одном своем варианте изобретение обеспечивает создание устройства для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения, причем устройство содержит:

- источник электромагнитного (оптического) излучения,

- оптические компоненты, направляющие и фокусирующие излучение на или в материал,

- средство для генерирования паттерна в пучке электромагнитного излучения,

- по меньшей мере частично отражающую поверхность, установленную в ходе лучей перед фокусом сфокусированного излучения с возможностью проецирования на нее, по меньшей мере частично, указанного паттерна посредством по меньшей мере части указанных оптических компонентов,

- по меньшей мере один детектор, выполненный с возможностью приема, посредством указанной поверхности, отражения изображения паттерна и генерирования электрических сигналов, соответствующих указанному изображению, которое содержит информацию о положении фокуса,

- компьютер, выполненный с возможностью приема указанных электрических сигналов и запрограммированный на обработку указанного изображения для генерирования электрического сигнала, зависящего от фокального положения, и

- элемент регулировки расходимости, установленный в ходе лучей и выполненный с возможностью приема указанного электрического сигнала, генерируемого компьютером, и изменения расходимости электромагнитного излучения в соответствии с указанным сигналом.

С использованием данного устройства становится возможным управлять, в том числе по замкнутому контуру, фокальным положением посредством элемента регулировки расходимости. Более конкретно, компьютер в процессе обработки изображений извлекает информацию о фокальном положении, что позволяет ему в случае, если действительное фокальное положение не соответствует желательному номинальному фокальному положению, генерировать сигнал, в соответствии с которым элемент регулировки расходимости изменит расходимость пучка таким образом, что действительное фокальное положение будет соответствовать номинальному фокальному положению. Изменение расходимости пучка обеспечит изменение фокального положения без необходимости приведения в действие фокусирующих средств (т.е. фокусирующей оптики в узком смысле этого термина). Если расходимость пучка увеличивается, фокус будет смещаться по направлению распространения пучка, а если эта расходимость уменьшается, - в направлении, противоположном направлению распространения пучка.

Согласно предпочтительному варианту изобретения частично отражающая поверхность установлена в том месте устройства, в котором электромагнитное излучение выходит из него в направлении материала, подлежащего обработке.

Согласно другому предпочтительному варианту материал, подлежащий обработке, является тканью глаза, предпочтительно роговицей. В рамках этого варианта изобретения устройство может быть использовано, например, для формирования так называемого "лоскута", особенно посредством фемтосекундного лазера. Когда в роговице производится разрез по методу фемто-LASIK для получения лоскута, этот разрез должен выполняться при как можно более точном управлении фокальным положением и с обеспечением максимально возможной планарности разреза. Другими словами, должна поддерживаться постоянная глубина фокуса. При этом, как правило, к роговице прижимают стеклянную пластину с так называемой аппланационной поверхностью, чтобы зафиксировать глаз и получить поверхность, являющуюся при вырезании лоскута в строме роговицы опорной (базовой) поверхностью. Затем посредством сфокусированных лазерных импульсов производят в роговице планарный разрез на глубину, составляющую в типичном варианте около 100 мкм по отношению к аппланационной поверхности. У края разреза его глубину уменьшают таким образом, чтобы можно было отделить кромку лоскута за исключением его "присоединенного края", что позволит отогнуть лоскут в сторону.

Изобретение обеспечивает возможность точной и воспроизводимой настройки глубины разреза, т.е. решает проблему, возникавшую применительно к уровню техники и обусловленную нежелательными вариациями глубины разреза вследствие изменений фокального положения, происходящих в ходе рассмотренной операции. С помощью изобретения вариации глубины разреза могут быть уменьшены до нескольких микрометров.

В типичных системах, применяемых в настоящее время для осуществления метода фемто-LASIK, глубина разреза, измеряемая относительно аппланационной поверхности, т.е. поверхности, которой упомянутая стеклянная пластина прижимается к роговице в заданной плоскости, обычно настраивается перед операцией путем выполнения разрезов на тестовых образцах.

Изобретение основано на обнаружении того, что, несмотря на такую настройку глубины разреза с помощью тестовых образцов, все же могут иметь место нежелательные отклонения от отрегулированной глубины разреза. Эти отклонения могут возникать в период между последовательными определениями глубины разреза с помощью соответствующих тестовых образцов, а также в процессе хирургического вмешательства (т.е. при выполнении разреза). Такие нежелательные отклонения могут вызываться, прежде всего, следующими факторами:

- изменением расходимости лазерного пучка, особенно в результате изменений температуры компонентов лазера или других оптических компонентов, а также в результате дрейфа лазерного пучка по направлению,

- изменениями свойств оптических компонентов, применяемых для фокусировки излучения, также вследствие изменений их температуры,

- погрешностями изготовления поверхностей стеклянной пластины, которая прижимается к глазу, чтобы получить аппланационную поверхность.

После того как глубина разреза была задана, например, с помощью упомянутых тестовых образцов, последующие изменения свойств компонентов, которые влияют на фокальное положение, в системах, соответствующих уровню техники, больше не обнаруживаются и, что особенно важно, больше не корректируются. Изобретение устраняет этот недостаток и делает возможными:

- распознавание изменений в расходимости лазерного пучка, обусловленных, в частности, температурными эффектами;

- распознавание изменений в фокусирующих свойствах фокусирующей оптики, обусловленных, в частности, температурными эффектами;

- распознавание изменений в профиле лазерного пучка;

- распознавание изменений в направлении пучка;

- распознавание погрешностей изготовления применительно к аппланационной поверхности и измерение этих погрешностей;

- контроль хода лучей вплоть до точки, расположенной непосредственно перед местоположением обрабатываемого материала, т.е. перед зоной разреза в методе фемто-LASIK, и, в дополнение,

- распознавание дефектов системы, имеющих место в лазере или относящихся к ходу лучей, особенно в процессе хирургического вмешательства.

Предпочтительные варианты изобретения описаны в зависимых пунктах формулы.

Краткое описание чертежей

Далее будут подробно, со ссылками на чертежи, описаны варианты изобретения.

На фиг.1 схематично изображено устройство для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения.

На фиг.2 представлен вариант маски, устанавливаемый в пучок электромагнитного (оптического) излучения.

На фиг.3 схематично иллюстрируется влияние изменения расходимости на получаемый паттерн.

Осуществление изобретения

Устройство для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения, показанное на фиг.1, предназначено для вырезания так называемого лоскута методом фемто-LASIK, т.е. для выполнения разреза в роговице глаза, которая в данном примере соответствует обрабатываемому материалу M.

Источником 10 излучения в случае такого использования изобретения служит известный фемтосекундный лазер, обычно применяемый в подобных случаях. Пучок излучения 12, испускаемого фемтосекундным лазером, направляется (посредством двух отклоняющих зеркал 14) на расширитель 16 пучка, который увеличивает диаметр пучка. Расширенный лазерный пучок направляется на элемент 18 регулировки расходимости, т.е. на компонент, посредством которого можно увеличивать или уменьшать расходимость лазерного пучка. Предпочтительными компонентами, пригодными для использования в качестве элемента регулировки расходимости, являются телескоп с настраиваемыми линзами и система с деформируемыми зеркалами или линзами. Затем лазерный пучок проходит через генератор 20 паттерна, например теневую маску, которая будет подробно описана далее. Генератор 20 паттерна создает неоднородное распределение интенсивности пучка по его сечению. На фиг.2 представлен пример теневой маски, применяемой для генерирования паттерна 32 и использующей четыре точечных отверстия ("дискретные точки") в углах квадрата. Для генерации паттерна применимы и другие структуры, отличные от отверстий, показанных на фиг.2. Варьирование расходимости лазерного пучка посредством элемента 18 регулировки расходимости приводит к изменениям размеров изображений маски, т.е. паттернов, формируемых пучком позади маски. Генератор паттерна предпочтительно установлен с возможностью его введения на траекторию пучка и выведения из нее.

После прохождения маски расширенный лазерный пучок, расходимость которого была отрегулирована, падает на делитель 22 пучка. Часть пучка отклоняется делителем 22 пучка (на фиг.1 вниз) через линзу L1 на первый детектор D1. Другая часть лазерного пучка напрямую проходит через делитель 22 пучка. Эта часть исходного пучка падает на затвор 24 и, если затвор открыт, на отклоняющий блок 26, который направляет пучок на глаз M и позиционирует его по отношению к глазу. Фокусирующая оптика схематично представлена линзой 28. К роговице глаза M прижата стеклянная пластина, обычно применяемая при вырезании лоскута по методу фемто-LASIK. Нижняя сторона этой пластины является аппланационной поверхностью 30. Положение фокуса F лазерного пучка настраивается посредством фокусирующей оптики (линзы 28) и, в процессе вырезания лоскута, фокус локализован внутри роговицы, в плоскости, которая, по существу, перпендикулярна направлению пучка и находится, например, на глубине 100 мкм от поверхности роговицы.

При изменении расходимости лазерного пучка посредством элемента 18 регулировки расходимости изменяется и положение фокуса F, как это проиллюстрировано двойной стрелкой на фиг.1, даже если другие настройки оптических компонентов остаются неизменными.

Аппланационная поверхность 30 стеклянной пластины является частично отражающей, так что изображение паттерна, сформированное генератором 20 паттерна на аппланационной поверхности 30, отражается в обратном направлении и переносится через делитель 22 пучка и линзу L2 на второй детектор D2. Отражающая аппланационная поверхность должна находиться максимально близко к фокусу F, насколько это позволяют свойства материала, подлежащего обработке.

Оба детектора D1, D2 являются электронными камерами высокого разрешения, генерирующими электрические сигналы, обеспечивающие репрезентативное представление регистрируемых ими изображений паттерна, который формируется генератором 20 паттерна. Сигналы камер посылаются на компьютер C для обработки изображений.

Благодаря наличию делителя 22 пучка первый детектор D1 принимает изображения паттерна, которые переносятся от источника 10 излучения на этот детектор без отражения от частично отражающей поверхности 30. В то же время второй детектор D2 принимает изображения паттерна, отраженные частично отражающей поверхностью 30. Линзы L1 и L2 форматируют изображения на детекторах таким образом, чтобы достичь максимального разрешения.

Благодаря описанному расположению оптических компонентов относительно детекторов D1 и D2 изображения паттерна, принимаемые детекторами, содержат информацию об оптических характеристиках всех оптических компонентов устройства, включая информацию о расходимости пучка, прошедшего через генератор 20 паттерна. Первый детектор D1 детектирует эту информацию для траектории пучка до делителя 22 пучка, а второй детектор D2 детектирует эту информацию с учетом всех компонентов, находящихся на траектории пучка от источника 10 до аппланационной поверхности 30.

Генератор 20 паттерна может быть, например, сконфигурирован, как пластина с отверстиями (теневая маска), рассчитанная на введение в ход лучей. Возможность смещения теневой маски проиллюстрирована на фиг.1 двойной стрелкой, а положение, в котором теневая маска выведена из хода лучей, обозначено, как 20'.

Вместо теневой маски можно использовать электрооптический компонент, который постоянно находится на траектории пучка и которым можно селективно управлять, обеспечивая свободный проход пучка или формирование в ходе лучей маски, используемой для генерирования паттерна.

При осуществлении управления положением фокуса F (в том числе по замкнутому контуру) устройство по фиг.1 функционирует следующим образом.

Как уже упоминалось, в устройствах рассматриваемого типа, вследствие изменений оптических характеристик компонентов, установленных на траектории пучка, могут возникать нежелательные смещения положения фокуса (фокального положения) для пучка излучения испускаемого источником 10. Эти изменения могут вызываться, в частности, температурными эффектами. Изменение фокального положения происходит также при изменении расходимости пучка. Когда расходимость лазерного пучка изменяется, изображения маски (т.е. изображения паттерна, задаваемого маской) на детекторах D1, D2 становятся больше или меньше в зависимости от того, увеличивается ли расходимость или уменьшается. Характеристики изображения, особенно размер изображения маски, сформированного на аппланационной поверхности 30, также могут служить мерой фокального положения. Другими словами, сформированное на аппланационной поверхности изображение паттерна, сгенерированного генератором 20 паттерна, содержит информацию о положении фокуса F. Имеющиеся в компьютере C средства для обработки изображения могут использовать эту информацию при выработке сигналов управления для элемента 18 регулировки расходимости, которые используются для управления расходимостью пучка таким образом, чтобы обеспечить желательное положение фокуса F.

На фиг.2 представлен пример варианта теневой маски 32 с 4 точечными отверстиями P. На фиг.3 показано, как может изменяться изображение 32' этой теневой маски на аппланационной поверхности 30 в зависимости от изменяющейся расходимости излучения. Эти изменения на фиг.3 проиллюстрированы двойными стрелками. Например, в случае, когда расходимость изменяется симметричным образом, исходные положения точек P1, P2, P3, P4 могут смещаться внутрь, соответственно к положениям P1', P2', P3' и P4'. Это означает, что фокус F будет приближаться к аппланационной поверхности 30. При этом, если желательное фокальное положение соответствует первоначальному расположению точек P1, P2, P3 и P4, это первоначальное положение может быть восстановлено изменением расходимости (например, в зависимости от свойств оптических компонентов, ее повышением). Такое изменение может быть осуществлено управлением по замкнутому контуру, так что в течение периода от начальных измерений, проведенных, например, при оптической калибровке системы, до завершения хирургического вмешательства желательная глубина фокуса будет непрерывно поддерживаться с высокой точностью.

Из изложенного следует, что изображение маски на поверхности 30 содержит информацию о положении фокуса F. Можно видеть также, что изображение паттерна на указанной поверхности может изменяться при изменении расходимости с помощью элемента 18 регулировки расходимости.

Использование отмеченных функциональных зависимостей делает возможным откалибровать оптическое устройство согласно фиг.1 относительно фокального положения, т.е., используя макет глаза или аналогичное приспособление, экспериментально связать с каждым фокальным положением, в пределах ожидаемого разброса, изображение на поверхности 30. После этого данное изображение регистрируется детектором D2 и хранится в компьютере C вместе с данными, характеризующими фокальное положение (например, со значением глубины фокуса). Для целей дальнейшей обработки изображений компьютер C может сохранять эти данные, полученные экспериментально (эмпирически), с приписыванием определенных фокальных положений соответствующим им паттернам изображения. Такое функциональное приписывание может производиться, например, в табличной форме или с использованием эмпирически выведенной математической зависимости. Для устройства с определенной оптической системой изменения размеров изображения паттерна являются однозначной функцией изменения расходимости пучка излучения. Кроме того, изменения в фокальном положении являются однозначной функцией изменений размеров изображения и, следовательно, однозначной функцией изменений расходимости. Эти функциональные зависимости для конкретных оптических систем, в том числе для системы устройства по фиг.1, могут быть заранее установлены экспериментальным путем и сохранены в компьютере C, как это описано выше.

Применительно к замкнутому контуру управления элемент 18 регулировки расходимости действует как элемент настройки. Переменная возмущения для такого контура определяется с помощью детектора изображения. Например, из изображения маски может быть получена информация о размерах, в частности о расстояниях между дискретными точками, представленными на фиг.3. При использовании интерполяции погрешность значений, используемых в качестве базиса для анализа, может быть сделана меньше размеров пикселя в детекторах D1, D2.

Например, компьютер C в результате обработки изображения может определить расстояние между черными точками (показанными на фиг.3) и светлыми точками (кружками), после чего эмпирически найденная функция, связывающая изменения этого расстояния с изменениями фокального положения, может быть использована для восстановления, в результате изменения расходимости, создаваемого посредством элемента 18 регулировки расходимости, расчетного положения точек, найденного с использованием хранящихся в памяти функций. Соответственно, будет восстановлено желательное фокальное положение. Все эти операции осуществляются относительно предварительно экспериментально (эмпирически) определенной базовой ситуации, в которой производится измерение фокального положения, например, с использованием макета глаза или аналогичного приспособления и в которой это фокальное положение точно соответствует, например, требуемой глубине выполнения разреза при вырезании лоскута методом фемто-LASIK. Затем эту желательную глубину ассоциируют с точно определенными размерными параметрами дискретных точек в паттерне изображения согласно фиг.2 и 3, и компьютер C управляет элементом 18 регулировки расходимости таким образом, чтобы расстояния между точками, соответствующие желательному фокальному положению, поддерживались до начала хирургической операции и в процессе ее проведения.

Основными переменными возмущения являются температурные изменения длины волны в оптическом диапазоне на траектории пучка излучения от источника 10 до делителя 22 пучка, изменения расходимости на этой траектории или иные изменения свойств оптических компонентов. В результате возникают изменения в изображениях на обоих детекторах D1, D2, причем изменения на детекторе D1 содержат всю информацию по этим переменным возмущения.

Изменения свойств оптических компонентов на траектории пучка отделителя 22 пучка до аппланационной поверхности, а также неправильное позиционирование аппланационной поверхности 30 приводят к изменениям в изображении на детекторе D2, но не оказывают заметного влияния на изображения, регистрируемые детектором D1.

Это означает, что компьютер может быть использован также для оценки переменных возмущения, и переменные возмущения, возможно, могут быть локализованы, т.е. ассоциированы с конкретными оптическими компонентами.

Рассмотренная система позволяет, в дополнение к описанному управлению фокальным положением, осуществлять также мониторинг системы в отношении других существенных аспектов с целью достижения повышенной операционной надежности. Например, может быть реализована функция мониторинга с применением компьютера для детектирования прерываний пучка, изменений эллиптичности пучка, загрязнений, дефектов оптической системы и т.д. Все перечисленные факторы влияют на изображение паттерна, формируемое на одном из двух детекторов D1, D2, так что они могут быть оценены с целью исключить любой риск для пациента, например, когда операцию необходимо прервать, поскольку вышеупомянутые параметры отклонились от заданных номинальных значений.

Чтобы ограничить, насколько это возможно, объем вычислений, требуемых для обработки изображений в компьютере C, желательно выбрать наиболее простую форму паттерна, создаваемого генератором 20 паттерна. Этого можно достичь, применяя сравнительно простую маску, показанную на фиг.2. Используя показанные на этой фигуре точки, можно получить, суммируя сигналы по строкам и столбцам, соответствующие одномерные распределения с двумя пиками в каждом. Расстояние между этими пиками может быть определено без выполнения большого объема вычислений при достижении (за счет интерполяции) пространственного разрешения лучше одного пикселя.

Теневые маски могут быть реализованы, например, созданием отверстий в металлических пластинках, использованием зачерненных пленок, голографических элементов, наборов линз и т.д. Обработка изображений простых масок не создает значительной вычислительной нагрузки, так что она возможна почти в реальном времени, тогда как более сложные маски позволяют реализовать больше контрольных функций и осуществлять анализ погрешностей.

В модификации варианта, описанного со ссылками на фиг.1, можно отказаться от детектора D1 и ассоциированной с ним линзы L1 или заменить его зеркалом. В последнем случае можно дополнительно использовать отклонение пучка, т.е. пучок может пропускаться к фокусу F или направляться на зеркало.

В другой модификации варианта согласно фиг.1 можно отказаться от детектора D2 и ассоциированной с ним линзы L2 или заменить их зеркалом. Тогда, если затвор 24 закрыт, можно будет измерить распределение выходящего пучка. Если же затвор 24 открыт, на распределение изображения, созданного на детекторе D1, будет накладываться распределение второго пучка (отраженного поверхностью 30). Можно будет провести совместную обработку изображений, например одно изображение можно будет вычесть из другого. В результате изображения могут быть пространственно разделены, что упростит их обработку.

При отказе от детектора D1 и ассоциированной с ним линзы L1 затвор 24 может быть заменен поворотным зеркалом, чтобы регистрировать, со сдвигом во времени и в зависимости от углового положения зеркала, интересующие изображения, используя для этого единственный детектор D2 (камеру).

Если для генератора паттерна предусмотрены линейные (одномерные) паттерны, вместо использования в качестве детекторов двумерных камер, можно применить для этой цели одномерные (линейные) сканирующие камеры.

Аналогично, управление фокальным положением по расстоянию и углу может осуществляться с помощью отклоняющих зеркал 14. Кроме того, поскольку положение фокуса, т.е. его локализация в плоскости, перпендикулярной направлению пучка, влияет на изображение паттерна на аппланационной поверхности 30, оно также может быть использовано, в результате соответствующей обработки изображения в компьютере C, для управления положением фокуса посредством отклоняющих зеркал, которые в этом случае выполняются, как элементы, настраиваемые посредством двигателей, управляемых компьютером C. С этой целью компьютер C может быть, эмпирически (экспериментально) запрограммирован (аналогично тому, как это было описано применительно к анализу глубины фокуса с учетом расходимости) таким образом, чтобы он управлял отклоняющими зеркалами 14 для достижения заданного (расчетного) фокального положения по направлениям, перпендикулярным направлению распространения пучка. Это желательное фокальное положение должно поддерживаться в процессе вырезания лоскута в плоскости, определяемой постоянной глубиной фокуса.

Сказанное выше применимо, с соответствующими модификациями, и к направлению излучения в фокальную точку F, что отображается в изображении паттерна на поверхности 30, так что этим процессом можно управлять, в том числе по замкнутому контуру, управляя отклоняющими зеркалами 14 посредством компьютера C (аналогично тому, как это было описано в отношении взаимосвязи между глубиной фокуса и расходимостью).

Группа изобретений относится к области медицины. Устройство для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения содержит: источник электромагнитного излучения; оптические компоненты, направляющие и фокусирующие излучение на или в материал; средство для генерирования паттерна в пучке электромагнитного излучения; частично отражающую поверхность, установленную на траектории пучка перед фокусом сфокусированного излучения с возможностью проецирования на нее указанного паттерна посредством по меньшей мере части указанных оптических компонентов; по меньшей мере один детектор, выполненный с возможностью приема отраженного, посредством указанной поверхности, изображения паттерна и генерирования электрических сигналов, соответствующих указанному изображению, которое содержит информацию о положении фокуса; компьютер, выполненный с возможностью приема указанных электрических сигналов и запрограммированный на обработку указанного изображения и для генерирования электрического сигнала, зависящего от фокального положения. При этом компьютер выполнен с возможностью определения, в процессе генерирования указанного электрического сигнала, размеров изображения как функции изменения расходимости. Кроме того, устройство дополнительно содержит элемент регулировки расходимости, установленный на траектории пучка и выполненный с возможностью приема указанного электрического сигнала, генерируемого компьютером, и изменения расходимости электромагнитного излучения в соответствии с указанным сигналом. Применение данной группы изобретений обеспечит точную настройку глубины разреза. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения, содержащее:
- источник электромагнитного излучения,
- оптические компоненты, направляющие и фокусирующие излучение на или в материал,
- средство для генерирования паттерна в пучке электромагнитного излучения,
- частично отражающую поверхность, установленную на траектории пучка перед фокусом сфокусированного излучения с возможностью проецирования на нее указанного паттерна посредством по меньшей мере части указанных оптических компонентов,
- по меньшей мере один детектор, выполненный с возможностью приема отраженного, посредством указанной поверхности, изображения паттерна и генерирования электрических сигналов, соответствующих указанному изображению, которое содержит информацию о положении фокуса,
- компьютер, выполненный с возможностью приема указанных электрических сигналов и запрограммированный на обработку указанного изображения и для генерирования электрического сигнала, зависящего от фокального положения,
отличающееся тем, что:
компьютер выполнен с возможностью определения, в процессе генерирования указанного электрического сигнала, размеров изображения как функции изменения расходимости, а
устройство дополнительно содержит элемент регулировки расходимости, установленный на траектории пучка и выполненный с возможностью приема указанного электрического сигнала, генерируемого компьютером, и изменения расходимости электромагнитного излучения в соответствии с указанным сигналом.

2. Устройство по п. 1, в котором указанная поверхность установлена в месте выхода электромагнитного излучения из устройства.

3. Устройство по п. 1, в котором материал, подлежащий обработке, является тканью глаза, предпочтительно роговицей.

4. Устройство по п. 1, в котором указанным источником является лазер, предпочтительно фемтосекундный.

5. Устройство по п. 1, в котором указанная поверхность является аппланационной поверхностью, предназначенной для прижатия к роговице.

6. Устройство по п. 1, в котором паттерн содержит две или более дискретных точек.

7. Устройство по п. 1, в котором элемент регулировки расходимости содержит телескоп, деформируемое зеркало или деформируемую линзу.

8. Устройство по п. 1, содержащее два детектора, один из которых предназначен для детектирования излучения, испускаемого указанным источником, а другой - для детектирования излучения, отраженного указанной поверхностью.

9. Устройство по п. 1, в котором средство для генерирования паттерна находится в пучке электромагнитного излучения за элементом регулировки расходимости.

10. Устройство по п. 1, в котором паттерн содержит дискретные точки, расположенные в форме матрицы.

11. Способ обработки материала посредством сфокусированного электромагнитного излучения, включающий:
- генерирование электромагнитного излучения посредством источника излучения,
- направление излучения на материал, подлежащий обработке,
- фокусирование излучения на или в материал,
- генерирование, посредством электромагнитного излучения, паттерна,
- установку в пучок электромагнитного излучения перед фокусом сфокусированного излучения частично отражающей поверхности,
- формирование на указанной поверхности изображения указанного паттерна,
- детектирование, посредством по меньшей мере одного детектора, излучения, отраженного указанной поверхностью, причем детектируемые при этом изображения содержат информацию о положении фокуса,
- генерирование электрических сигналов, являющихся репрезентативным представлением детектированных изображений, и
- обработку указанных электрических сигналов в компьютере для генерирования электрического сигнала, зависящего от фокального положения,
отличающийся тем, что
- обработка указанных электрических сигналов в компьютере включает определение размеров изображения как функции изменения расходимости,
- осуществляют настройку расходимости генерируемого излучения в соответствии с указанным электрическим сигналом посредством элемента регулировки расходимости, установленного на траектории пучка.