DE3734656A1 - Herstellung von augenlinsen mittels schneidlaser - Google Patents

Herstellung von augenlinsen mittels schneidlaser

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Augenlin­ sen, wie Kontaktlinsen, einem Kornealimplantat und intraoku­ laren Linsen, oder von anderen kleinen Kunststoff- oder Glas­ gegenständen ähnlicher Gestalt, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung solcher Linsen oder Gegenstände mit einem hohen Präzisionsgrad bei geringen Ko­ sten unter Verwendung eines Schneidlasers.
Augenlinsen werden normalerweise mit einem mechanischen Ver­ fahren hergestellt, bei dem ein Block aus Polymethylmetha­ crylat (PMMA) bearbeitet wird und derselbe haftend an einem Träger gehalten wird. Die Bearbeitung ist aufgrund der klei­ nen Abmessungen der Linse und der Kompliziertheit der Form äußerst schwierig, auf die die Linse zu bearbeiten ist.
Typischerweise müssen drei Arbeitsgänge zur Formgebung einer Linse ausgeführt werden:
  • 1) Das Werkstück muß aus einem Rohling ausgeschnitten werden, um ein integrales Seh- und Berührungsteil zu bilden;
  • 2) die Oberfläche des Werkstücks muß gemäß den ge­ wünschten optischen Spezifikationen bearbeitet werden (wel­ che konvexe Formen oder konkave Formen mit sich ändernden Radien an verschiedenen Stellen der Oberfläche der Linse um­ fassen können); und
  • 3) die Ränder des Werkstücks müssen mit einem Radius versehen oder abgerundet werden.
Bei der üblichen Herstellungsweise erforderte der Randab­ rundungsschritt für sich alleine 7 bis 14 Tage unter An­ wendung einer Edelsteintaumelscheibenbehandlung, und es war schwer, in allen Schritten die gewünschte Präzision zu erhalten.
Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung von Augen­ linsen oder ähnlichen kleinen Gegenständen an, das sich schnell durchführen läßt und mit dem man eine Hohlpräzision erhält, wobei ein Laser, und insbesondere ein Schneidlaser zur Anwendung kommt, um ein Werkstück zuzuschneiden, an der Oberfläche zu formen und abzuschrägen, das vorzugsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht. Bei entsprechenden Anwendungen kann es sich auch um ein anderes Kunststoffma­ terial oder Glasmaterial handeln. Die Art und die Einstel­ lung des Lasers hängt von dem Material des Rohstoffs ab.
Nach der Erfindung wird das Werkstück zuerst auf die Form dadurch zugeschnitten, daß ein Laserstrahl durch eine Maske durchgeschickt wird, die die Form des Schnittverlaufes ent­ sprechend der gewünschten Formgebung umreißt (beim Anwen­ dungsfall einer Augenlinse handelt es sich hierbei um den optischen Teil und den Berührungsteil). Eine beträchtliche Präzision kann in diesem Schritt dadurch erreicht werden, daß der Laserstrahl vor der Maske gedehnt und dann hinter der Maske verengt wird, um auch feine Einzelheiten von einer relativ großen Maske abbilden zu können. Die Tiefe des Schnitts läßt sich durch die Anzahl und die Energie der Impulse steuern.
Die Oberflächenformgebung der Linse wird anschließend dann dadurch erzielt, daß man einen Laserstrahl derart abdeckt, daß seine Energieverteilung sich über die Oberfläche des Werkstücks hinweg ändert, so daß ein Abtrag in unterschiedli­ chem Maße an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche er­ folgt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man eine Maske mit sich ändernder Opazität oder einen halbtransparenten Spiegel mit einer Beschichtung von sich ändernder Dicke an unterschiedlichen Stellen auf der Oberfläche verwendet. Dieser Schritt kann gegebenenfalls vor dem Schneidschritt aus­ geführt werden.
Schließlich wird ein Laserstrahl abgedeckt und im allgemeinen in Form eines hohlen Konus fokussiert, dessen Spitze der Brennpunkt des Strahls ist. Wenn man das Werkstück mit diesem Strahl auf einer Seite des Brennpunktes bestrahlt und dann die andere Seite, so werden zwei abgefaste bzw. abgeschrägte Schnitte längs des Umfanges der oberen und unteren Flächen des Werkstückes jeweils erstellt. Wenn eine Verknüpfung mit einem vertikalen Schnitt der Seite des Werkstückes erfolgt, bilden diese abgeschrägten Schnitte eine Annäherung an einen abgerundeten Rand, der ferner noch dadurch entschärft wird, daß das Werkstückmaterial geringfügig durch die Wärme er­ schmolzen wird, die vom Laser während des Schneidens erzeugt wird.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, eine schnelle und genaue Herstellung eines komplizierten kleinen Gegenstandes, wie einer Augenlinse, aus einem Rohling, insgesamt unter Ver­ wendung eines Lasers zu ermöglichen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Intraokular­ linse, die nach dem Verfahren gemäß der Erfin­ dung herzustellen ist,
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Laseroptik, die beim Schneidschritt nach der Erfindung ver­ wendet wird,
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die beim Schneidschritt verwendete Maske,
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Oberflächenformgebungsschrittes nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die bei dem Oberflächenform­ gebungsschritt verwendete Maske,
Fig. 6 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Randabweisungsschrittes nach der Erfindung,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die beim Abfassungsschritt verwendete Maske,
Fig. 8 eine Ausschnittsansicht eines Werkstückes in Schnittdarstellung nach dem ersten Abfassungs­ schritt, und
Fig. 9 eine Ausschnittsansicht des Werkstückes im Schnitt nach dem zweiten Abfassungsschritt.
Bei der bevorzugten Ausbildungsform nach der Erfindung, die sich auf die Herstellung von Augenlinsen aus einem PMMA-Roh­ ling bezieht, wird das Verfahren nach der Erfindung mit einem Schneidlaser durchgeführt, d.h. einem Laser, der mit hohen ultravioletten Wellenlängen arbeitet. Ein Argon-Fluoridlaser, der bei einer Wellenlänge von 193 nm mit 250 Millÿouleimpuls arbeitet, wird bevorzugt. Jedoch kann allgemein jeder belie­ bige Laser verwendet werden, der ultraviolette Wellenlängen erzeugt, die im wesentlichen von dem Material des Werkstücks absorbiert werden. Die Wahl des Lasers ist durch seine Fähig­ keit vorgegeben, die großen Moleküle des Werkstückmaterials aufzubrechen (wie dies bei Kunststoff der Fall ist) oder das Material zu erschmelzen (wie dies bei Glas der Fall ist), so daß das Material abgetragen werden kann.
Fig. 1 zeigt eine typische Intraokularlinse, die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden kann. Das Werkstück 10 hat einen optischen Teil 12, der die wirkliche Linse bildet und einen Berührungsteil 14, mittels dem die Linse in dem Auge des Patienten verankert wird. Bei üblichen Auslegungen wird Polypropylen üblicherweise für den Berührungs­ teil 14 und PMMA für den optischen Teil 12 verwendet. Jedoch können sowohl der optische Teil 12 als auch der Berührungsteil 14 aus PMMA hergestellt werden. Beim Verfahren nach der Er­ findung wird dies bevorzugt, da das gesamte Werkstück eintei­ lig mittels Schneiden bearbeitet werden kann. Selbstverständ­ lich können auch andere ultraviolett absorbierende Materialien als PMMA (z.B. Silikon) für das Werkstück verwendet werden, wenn diese medizinisch verträglich sind und sich in entspre­ chender Weise abtragen lassen.
Fig. 2 zeigt eine Auslegungsform, die zum Ausschneiden des Werkstückes 10 aus einem Block aus PMMA zweckmäßig ist. Ein Schneidlaser 16 gibt einen Strahl 18 mit kohärentem ul­ traviolettem Licht ab. Da der Durchmesser des Strahls 18 relativ klein ist, wird ein üblicher Laserstrahldehner 20 verwendet, um den Strahl 18 auf einen Durchmesser von einigen Zentimetern auszudehnen. Eine Maske 22, die sich am besten aus Fig. 3 entnehmen läßt, ist einteilig mit dem Strahldehner 20 ausgebildet, oder sie ist im Strahlengang des expandier­ ten Strahls 18 angeordnet, um zu ermöglichen, daß nur ein schmaler Streifen des Lichts in Form des Umrisses 24 des Werkstückes 10 durch die Maske 22 geht. Eine Strahlzusammen­ führungseinrichtung oder eine fokussierende Optik 26 wird verwendet, um ein verkleinertes Bild des Umrisses 24 auf den PMMA-Block zu projizieren. Wiederholte Impulse des La­ sers 16 tragen das Material des Blockes 28 ab, bis die pro­ filierte Linse oder das Werkstück 10 mit sehr hoher Genauig­ keit aus dem Block 28 ausgeschnitten ist. Die Präzision des Schnitts wird verbessert (und die Energiedichte des Strahls vergrößert), wenn man eine relativ große Maske 22 und eine beträchtliche Verkleinerung des Maskenbildes auf dem Block 28 verwendet.
Nach dem Ausschneiden aus dem Block 28 wird das Werkstück 10 in den Strahlengang eines Schneidlaserstrahls 30 (Fig. 4) gebracht, der eine gleichmäßige Energieverteilung über seine ganze Querschnittsfläche hinweg hat. Eine Maske 32 wird zwischen dem Werkstück 10 und dem Strahl 30 angeordnet.
Wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, hat die Maske 32 unterschiedliche Durchlässigkeitsgrade an verschiedenen Stel­ len auf der Maskenoberfläche 32. Die Maske 32 kann beispiels­ weise eine Beschichtung aus variablen Durchlässigkeitscharak­ teristika haben, oder sie kann ein Abschwächungsfilter (wie z.B. ein Polarisierungsfilter oder ein Streufilter) mit einer nicht-gleichförmigen Durchlässigkeitscharakteristik sein. Auf jeden Fall überträgt die Maske 32 eine große Menge der Strahlenenergie in den Bereichen 34 entsprechend den ge­ wünschten Vertiefungen im Werkstück 10 und eine kleine Menge in den Bereichen 36, die den gewünschten vorspringenden Tei­ len im Werkstück 10 entsprechen.
Bei einer alternativen Ausbildungsform nach der Erfindung kann die Maske 32 die Form eines halbtransparenten Spiegels mit einer reflektierenden Beschichtung haben, deren Dicke sich über die Oberfläche hinweg verändert. Bei dieser Aus­ bildungsform wird die Laserenergie, die nicht zum Abtrag genutzt wird, von dem Werkstück reflektiert.
Nach dem Formgebungs- oder Formulierungsschritt gemäß den Fig. 4 und 5 ist das Werkstück vollständig ausgeformt. Es hat aber scharfe vertikale Ränder, die für die intraokulare Anwendung nicht geeignet sind. Bei der üblichen Vorgehens­ weise wurden die Ränder des Werkstückes mit einem Radius versehen oder abgerundet, wozu eine Edelsteintaumelscheiben­ behandlung 7 bis 14 Tage lang zur Anwendung kam. Abgesehen davon, daß dies zeitraubend ist, trat bei dem üblichen Ver­ fahren auch der Nachteil auf, daß die mit Sorgfalt erzielte Präzision des Werkstückes herabgesetzt wurde.
Nach der Erfindung wird ein Schneidlaserstrahl 40 (Fig. 6) mittels eines Strahldehners oder (vorzugsweise) mit Hilfe von zwei gekrümmten Spiegeln 42, 44 expandiert. Die Anwen­ dung einer reflektierenden anstelle einer brechenden Strahl­ expandieroptik wird bevorzugt, da eine größere Energieüber­ tragung bei kleineren optischen Einrichtungen erzielt wird und eine Beschädigung der optischen Einrichtungen vermieden wird.
Der expandierte Strahl 46 wird durch eine Maske 48, die sich am besten Fig. 7 entnehmen läßt, zu einer Fokussierlinse 50 geleitet. Hierdurch erhält man einen Strahl, der im allgemei­ nen in Form eines Hohlkonus ausgelegt ist, wobei die Spitze des Konus den Brennpunkt 52 darstellt.
Um die Ränder abzurunden, wird das Werkstück 10 zuerst unter den Brennpunkt 52 bei 54 gelegt und der Laser wird einge­ schaltet. Die konische Form des Strahls erzeugt eine Schräge bzw. eine Abfasung 56 (Fig. 8) an den Rändern des Werk­ stücks 10. Die Enden der Abfasung 56 sind geringfügig abge­ rundet, wie dies bei 58, 60 angedeutet ist, und zwar auf­ grund der kleinen Menge, die während des Abtrags des Werkstück­ materials zur Bildung der Abschrägung 56 erzeugt wird.
Wenn die Abfasung 56 vollständig ausgebildet ist, wird das Werkstück 10 über den Brennpunkt 52 bei 62 gelegt und der Laser wird wiederum eingeschaltet. Die konische Form des Strahls führt in diesem Fall zum Schneiden einer Abfasung 64 (Fig. 9), deren Ränder geringfügig bei 66, 68 aus denselben Gründen, wie dies vorstehend angegeben ist, abgerundet ist.
Bei einer Verknüpfung mit der vertikalen Fläche 70 bilden die Abfasungen 56, 64 und ihren abgerundeten Enden eine ausreichende Annäherung an einen abgerundeten Rand für das Werkstück 10, so daß es zur Implantation in das Auge eines Patienten ohne die Gefahr von Reizungen geeignet ist.
Es ist somit zu erkennen, daß das vorstehend beschriebene Verfahren eine schnelle und genaue Herstellung von Intraoku­ larlinsen ermöglicht, ohne daß man komplizierte Bearbeitungs­ anlagen benötigt. Die Erfindung kann natürlich auch in abge­ änderter Weise ausgeführt werden: Beispielsweise kann ein sehr schmaler Laserstrahl um den Umfang des Werkstückes bei den Schneid- und Abfasschritten bewegt werden, und zwar anstelle eines Schneidens oder Abfasens des gesamten Umfanges in einem Schritt; oder es kann eine Maske abgetastet werden anstelle einer Ausführungsform, bei der diese mit einem Mal bestrahlt wird.
Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung auf komplizierte kleine Gegenstände, wie Augenlinsen, die schnell und genau aus Kunststoff- oder Glasrohlingen aus einem abtragbaren Mate­ rial, wie Kunststoff oder Glas, durch Schneiden, Formen und Vorsehen eines Radius bei der Herstellung aus dem Rohling unter Anwendung von Laserlicht, entsprechend den Masken ohne fokussierenden optischen Einrichtungen hergestellt werden können.

Claims (15)

1. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß:
Laserenergie durch eine Maske, die eine variable Durch­ lässigkeit für die Laserenergie hat, geleitet wird, um einen Laserstrahl mit variabler Energie über die Breite hinweg zu erhalten, und
der Laserstrahl mit variabler Energie auf eine Ober­ fläche eines Werkstückes so ausreichend lange gerichtet wird, daß die Oberfläche des Werkstückes abgetragen wird, um die Oberfläche des Werkstückes zu formen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche im allgemeinen in die Richtung weist, aus der die Laserenergie auf den Gegenstand gerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt zur Lenkung des Laserstrahls mit variabler Energie auf die Oberfläche des Werkstückes zur Formung der Oberfläche durchgeführt wird, um die Ober­ fläche des Werkstückes zu einer Augenlinse zu formen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laserenergie eine Schneidlaserenergie ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus einem Rohling dadurch ausgeschnitten wird, daß der Rohling der Laserenergie auf dem Umriß des Werkstückes ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserenergie auf einen Rohling in einem Muster ohne die Fokussierung der Laserenergie an dem Rohling so ausreichend lange gerichtet wird, daß das Werkstück aus dem Rohling ausgeschnitten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Lenken der Laserenergie auf den Rohling enthält, daß die Laserenergie durch eine Maske gelenkt wird, wobei die durch die Maske gehende Laserenergie das gewünschte Muster erzeugt.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laserenergie auf den Rohling gerichtet wird, um das Werkstück aus dem Rohling zu schneiden, ohne eine relative Bewegung von Werkstück und Muster.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand des Werkstückes dadurch abgefast wird, daß es einer Laserenergie ausgesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserenergie durch eine Maske auf das Werkstück ohne eine Fokussierung der Laserenergie an dem Werkstück gerichtet wird, um einen Rand des Werkstücks abzuschrägen.
11. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß: die Laserenergie in einem Muster auf einen Gegenstand ohne die Fokussierung der Laserenergie an dem Gegenstand gerichtet wird und daß der Gegenstand der Laserenergie so ausreichend lange ausgesetzt wird, daß die Laserenergie das Werkstück aus dem Gegenstand ausschneidet.
12. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß: die Laserenergie in einem Muster auf den Gegenstand ohne die Fokussierung der Laserenergie am Gegenstand gelenkt wird und der Gegenstand der Laserenergie so ausreichend lange ausgesetzt wird, daß die Laserenergie einen Rand des Gegenstandes abschrägt.
13. Vorrichtung zur Formung der Oberfläche eines Gegen­ standes aus abtragbarem Material, gekennzeichnet durch:
eine Quelle (16) für Laserenergie, die auf eine Oberfläche des Gegenstandes (10) gerichtet wird, und
eine Maske (22, 32), die zwischen der Lichtquelle (16) und dem Gegenstand (10) angeordnet ist, wobei die Maske unterschiedliche Mengen des Laserlichts durchläßt, um einen Laserstrahl mit variabler Energie über die Breite hinweg zu erhalten, wodurch die Oberfläche des Gegenstands (10) geformt werden kann.
14. Vorrichtung zum Abschrägen der Ränder eines Gegenstan­ des aus abtragbarem Material, gekennzeichnet durch:
einen Laser (16) zur Lieferung eines Laserstrahls,
eine Maske (32), die im Strahlengang angeordnet ist, um einen abgedeckten Laserstrahl zu erhalten, wobei die Maske (32) einen mittleren, nicht-lichtdurchlässigen Bereich in Form des Gegenstands (10) hat,
eine Einrichtung zum Lenken des abgedeckten Strahls zu einem Brennpunkt (52),
eine Einrichtung zum Anordnen des Gegenstands (10) in dem abgedeckten Strahl an einer Stelle in einem Abstand von dem Brennpunkt (62), und
wobei der Rand des abgedeckten Strahles im wesentlichen mit dem Rand des Gegenstands (10) in dieser Position über­ einstimmt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laserenergie eine Schneidlaserenergie ist.
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