DE3734656A1 - Herstellung von augenlinsen mittels schneidlaser - Google Patents
Herstellung von augenlinsen mittels schneidlaserInfo
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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.
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.
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.
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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