DE102011085047A1

DE102011085047A1 - Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material mittels optischer Strahlung

Info

Publication number: DE102011085047A1
Application number: DE102011085047A
Authority: DE
Inventors: Michael Bergt; Gregor Stobrawa
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25
Also published as: US10195083B2; US20140330260A1; WO2013056867A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material mittels optischer Strahlung, wobei die optische Strahlung in das Material auf einen Fokus fokussiert wird und der Fokus längs einer Bahnkurve verschoben wird, wobei senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen als Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur verwendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Schnitten in einem transparenten Material mittels optischer Strahlung, wobei die optische Strahlung in das Material auf einen Fokus fokussiert wird und der Fokus längs einer Bahnkurve verschoben wird.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Lasereinrichtung, die durch Fokussierung optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material erzeugt, wobei die Steuerdaten eine Bahnkurve für eine Verschiebung eines Fokus zur optischen Strahlung im Material vorgeben.
Die Erfindung bezieht sich schließlich weiter auf eine Bearbeitungsvorrichtung zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Lasereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, durch Fokussierung von optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material zu erzeugen, und eine mit der Lasereinrichtung verbundene Steuereinrichtung aufweist, welche die Lasereinrichtung so ansteuert, daß die Lasereinrichtung einen Fokus zur optischen Strahlung im Material entlang einer Bahnkurve verschiebt.
Solche Verfahren bzw. Bearbeitungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere auf dem Gebiet der Ophthalmologie werden solche Verfahren und Bearbeitungsvorrichtungen für Eingriffe verwendet, mit welchen eine Fehlsichtigkeit korrigiert wird. Die Schnitte können beispielsweise dazu eingesetzt werden, die Augenhornhaut so zu modifizieren, daß eine Fehlsichtigkeit behoben wird. Bekannt sind beispielsweise Verfahren, bei denen ein Volumen der Augenhornhaut isoliert und entnommen wird, um die Krümmung und damit die Abbildungseigenschaften der Augenhornhaut zur Fehlsichtigkeitskorrektur zu modifizieren.
Die Erzeugung von Schnitten am Auge wird ebenfalls bei der Kataraktoperation benötigt. Im Rahmen dieser Operation wird eine getrübte Augenlinse entfernt. Für diese Entfernung ist es günstig, die Linse zuerst im Linsensack zu zerteilen, so daß sie durch einen chirurgisch geschaffenen kleinen seitlichen Zugang entfernt werden kann.
Bei diesen Anwendungsgebieten, wie auch bei anderen Applikationen, wirkt optische Strahlung im Inneren des Materials, beispielsweise des Gewebes, das für die optische Strahlung transparent ist. Üblicherweise werden nicht lineare Prozesse eingesetzt, welche eine Fokussierung von Bearbeitungsstrahlung, üblicherweise gepulste Laserstrahlung, in das Material hinein, d. h. unter die Oberfläche des Materials, benötigen. Die Erzeugung einer Schnittfläche geschieht dann dadurch, daß die Lage des Fokus im Material verschoben wird. In dem Verständnis, das dieser Beschreibung zu Grunde liegt, bedingt die Verschiebung des Fokus nicht zwingend, daß zu diesem Zeitpunkt auch Strahlung in den Fokus abgegeben wird. Insbesondere beim Einsatz gepulster Laserstrahlung wird der Fokus kontinuierlich verschoben und es werden nur zu gewissen Zeitpunkten während der Fokusverschiebung Laserstrahlungspulse abgegeben. Die entsprechenden Optiken bzw. Einrichtungen zu Fokusverschiebungen arbeiten dennoch kontinuierlich, weshalb unter dem Begriff „Fokusverschiebung“ hier auch die entsprechende Verschiebung des Punktes verstanden wird, an den optische Strahlung fokussiert würde, auch wenn eine solche Strahlung momentan abgegeben wird, z. B. zwischen zwei Laserpulsen.
Die hohe Fokussierung der Laserstrahlung, d. h. ein geometrisch stark begrenzter Fokus ist für nicht lineare Wirkungen von großer Bedeutung, da nur dann die erforderlichen Leistungsdichten im Material erreicht werden können. Dies gilt sowohl für nicht lineare Prozesse, bei denen ein einzelner Fokus bereits eine Wechselwirkung zu Folge hat, als auch für Prozesse, bei denen mehrere Laserstrahlungspulse, die hintereinander abgegeben werden, zusammenwirken, um einen Material trennenden Effekt zu erreichen. Es sind diesbezüglich auch Ansätze bekannt, bei denen an mehreren überlappenden Fokusstellen Laserstrahlungspulse abgegeben werden und erst im Überlappungsbereich die Zusammenwirkung der mehreren Laserstrahlungspulse zur Materialtrennung führt.
Die erforderliche präzise Fokussierung der Laserstrahlung wird verständlicherweise durch das Material beeinträchtigt, durch das die Laserstrahlung geführt wird. Da, wie bereits erwähnt, der Fokus innerhalb des Materials liegt, wenn Schnittflächen im Material erzeugt werden sollen, können ersichtlicherweise Schnittflächen mit diesem Prinzip in der Regel nur in einer Richtung entgegen der Haupteinfallsrichtung der Laserstrahlung aufgebaut werden, bei der Anwendung am Auge also von posterior nach anterior. Ansonsten würden Materialbestandteile, in denen bereits Material getrennt wurde, also die Schnittfläche bereits teilweise aufgebaut ist, den Durchtritt der Laserstrahlung und damit die erwünschte präzise Fokussierung stören. Mit anderen Worten, man muß bezogen auf die Einfallsrichtung der optischen Strahlung tiefer liegende Bereiche der Schnittfläche schneiden, bevor höher liegende Bereiche der Schnittfläche erzeugt werden können.
Eine weitere Problematik, die sich bei der Schnittflächenerzeugung durch Führung eines Fokus entlang einer Bahnkurve stellt, ist die Geschwindigkeit der Schnittflächenerzeugung. Der Fokus wird üblicherweise mittels einer Scaneinrichtung abgelenkt. Das Abbremsen, Neupositionieren oder Beschleunigen der Scaneinrichtung kann die Schnittflächenerzeugung erheblich verlängern. Bei Anwendungen am Auge ist dies nicht nur für einen Patienten mühsam, da der chirurgische Eingriff länger dauert, mit steigendem Zeitbedarf für die Schnittflächenerzeugung steigt auch der Aufwand, welcher für Vorkehrungen gegen ungewollte Augenbewegungen getroffen werden muß.
Besonders groß ist diese Problematik, wenn eine Sektionierung von transparentem Material erfolgen soll, also sich kreuzende Schnittflächen benötigt werden. Aufgrund der Kreuzungspunkte und der Tatsache, daß die Schnittflächen entgegen der Einfallsrichtung der Strahlung schichtweise aufgebaut werden müssen, führt das Bremsen, Neupositionieren und Beschleunigung der Scaneinrichtung zu einer sehr großen Verlängerung der Schnittflächenerzeugung.
Im Stand der Technik sind zwar Ansätze bekannt, die Ablenkbewegungen möglichst kontinuierlich auszuführen, also auf Abbrems- und Beschleunigungsvorgänge der Ablenkeinrichtung möglichst zu verzichten (vgl. DE 102008027358 A1 ), jedoch sind diese Ansätze auf ganz bestimmte Schnittgeometrien beschränkt und insbesondere nicht für die Sektionierung von Material mit sich kreuzenden Schnittflächen brauchbar.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Verfahren bzw. die Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auch bei der Erzeugung sich kreuzender Schnittflächen eine hohe Erzeugungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material mittels optischer Strahlung, wobei die optische Strahlung in das Material auf einen Fokus fokussiert wird und der Fokus längs einer Bahnkurve verschoben wird, wobei senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen als Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur verwendet wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Lasereinrichtung, die durch Fokussierung optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material erzeugt, wobei die Steuerdaten eine Bahnkurve für eine Verschiebung eines Fokus der optischen Strahlung im Material vorgeben, wobei die Steuerdaten so erzeugt werden, daß senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen die Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls gelöst mit einer Bearbeitungsvorrichtung zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Lasereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, durch Fokussierung von optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material zu erzeugen, und eine mit der Lasereinrichtung verbundene Steuereinrichtung aufweist, welche die Lasereinrichtung so ansteuert, daß die Lasereinrichtung einen Fokus der optischen Strahlung im Material entlang einer Bahnkurve verschiebt, wobei die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung so ansteuert, daß senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen die Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur ist.
Es wird also eine Bahnkurve verwendet, die senkrecht zur Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen eine sich kreuzende und periodische Lissajous-Figur ist. Die Lissajous-Figur hat den Vorteil, daß die Ablenkeinrichtung, welche üblicherweise als zweiachsig arbeitender Scanner realisiert ist, gemäß harmonischen Schwingungen arbeitet. Übliche Scanspiegel erreichen genau in diesem harmonischen Schwingungsbetrieb ihre maximale Arbeitsgeschwindigkeit. Somit kann der Fokus mit maximaler Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve geführt werden, wenn diese eine Lissajous-Figur ist. Um die gewünschten sich kreuzenden Schnittflächen zu erzeugen, wird eine sich kreuzende Lissajous-Figur eingesetzt. Um darüber hinaus die Bahnkurven in verschiedenen Tiefenlagen im Material exakt übereinander positionieren zu können, ist die Lissajous-Figur periodisch. Dann liegen in verschiedenen Tiefenlagen abgefahrene Lissajous-Figuren exakt übereinander und es stellt sich die gewünschte Schnittfläche ein.
Eine Sektionierung von Material kann dabei zum einen dadurch erfolgen, daß für jeden Durchlauf durch die Lissajous-Figur die Fokuslage in der Richtung längs der Einfallsrichtung der optischen Strahlung (sogenannte z-Achse) konstant bleibt. In einer Höhenebene wird dann die Lissajous-Figur abgefahren. Dabei sind auch mehrere Durchläufe denkbar, beispielsweise wenn mit gepulster Laserstrahlung gearbeitet wird und zeitlich aufeinanderfolgende Laserstrahlungspulse nicht unmittelbar benachbart liegen sollen. Dann können in einem oder weiteren folgenden Durchläufen die Lücken, die im vorherigen Durchlauf durch die Lissajous-Figur gelassen wurden, mit Laserstrahlungspulsen aufgefüllt werden.
Es ist aber auch möglich, die Verstellung entlang der z-Achse kontinuierlich auszuführen, so daß zwar in Sicht längs der Haupteinfallsrichtung die periodische, d. h. geschlossene Lissajous-Figur erscheint, tatsächlich aber Laserstrahlungspulse, die in aufeinanderfolgenden Durchläufen durch die Lissajous-Figur abgegeben wurden, in z-Richtung etwas beabstandet sind.
Die sich kreuzende Lissajous-Figur bewirkt besonders einfach eine Sektionierung des Materials. Die geschlossenen Bereiche innerhalb der Lissajous-Figur sind dann isolierte Materialteile. Möchte man diese noch senkrecht zur Haupteinfallseinrichtung zusätzlich trennen, ist es zweckmäßig, nach einer gewissen Anzahl von Durchläufen durch die Lissajous-Figur eine senkrecht zur Haupteinfallsebene liegende Schnittfläche auszubilden, welche die von der sich kreuzenden Lissajous-Figur erzeugten Teile in Tiefenrichtung gesehen noch einmal durchteilt.
Die Lissajous-Figur wird zweckmäßigerweise größer angelegt, als der Bereich, in dem die Schnittflächen im Material ausgebildet werden soll. In den Bereichen, in denen die Lissajous-Figur über diesen Bereich hinausgeht, wird vorzugsweise die optische Strahlung abgeschaltet oder hinsichtlich ihrer Material trennenden Wirkung deaktiviert. Dies kann beispielsweise durch eine bewußte Defokussierung, Änderung spektraler Parameter, Abschwächung der Pulsenergie, Verlängerung der Pulsdauer, etc. erfolgen. Das Unschädlichmachen von Laserstrahlungspulsen ist im Stand der Technik in anderem Zusammenhang bereits bekannt.
Hierzu ist es günstig, wenn ein Schnittflächenbereich definiert wird, die Lissajous-Figur größer als der Schnittflächenbereich ausgeführt wird und die optische Strahlung auf Abschnitten der Bahnkurve, die außerhalb des Schnittflächenbereichs abgeschaltet oder so modifiziert wird, daß sie keine Schnitte im transparenten Material erzeugt. Bei der Bearbeitungsvorrichtung steuert analog die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung in Bereichen, in denen die Lissajous-Figur außerhalb eines vorbestimmten Schnittflächenbereichs liegt, so an, daß die optische Strahlung abgeschaltet oder so modifiziert ist, daß sie keine Schnitte im transparenten Material erzeugt.
Vorteilhafterweise wird der Fokus zusätzlich längs der Haupteinfallsrichtung der Strahlung und gegen die Haupteinfallsrichtung verschoben.
Eine sich kreuzende Lissajous-Figur erhält man besonders einfach durch eine Überlagerung einer ersten harmonischen Schwingung mit einer zweiten harmonischen Schwingung, wobei beide harmonischen Schwingungen Frequenzen aufweisen, die ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenzen betragen, und die Frequenz der ersten Schwingung mindestens das 2-fache der Grundfrequenz ist. Mindestens zwei ganzzahlige Vielfache unterscheiden sich. In der Bearbeitungsvorrichtung steuert dann die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung so an, daß die kreuzende Lissajous-Figur durch eine Überlagerung einer ersten harmonischen Schwingung mit einer zweiten harmonischen Schwingung erzeugt wird, wobei beide harmonischen Schwingungen Frequenzen aufweisen, die ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenzen betragen, und die Frequenz der ersten Schwingung mindestens das 2-fache der Grundfrequenz ist.
Die Schnitte können besonders einfach als Gitterstruktur ausgebildet werden, indem die Lissajous-Figur wiederholt in mehreren, entlang einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinanderliegenden Höhenebenen vorgesehen wird. Die Steuereinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung steuert die Lasereinrichtung so an, daß die Schnitte als Gitterstruktur ausgebildet werden, indem die Lissajous-Figur wiederholt in mehreren, entlang einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinanderliegenden Höhenebenen vorgesehen wird.
Die erwähnte weitere Durchtrennung der von der Lissajous-Figur getrennten Bereiche kann man erreichen, indem zwischen mindestens zwei Höhenebenen eine parallel zu den Höhenebenen liegende Zwischenebene vorgesehen wird, in der eine Bahnkurve vorgesehen wird, mit der eine zusammenhängende Schnittfläche ausbildet wird. Die Steuereinrichtung sieht zwischen mindestens zwei Höhenebenen eine Zwischenebene vor (vorzugsweise parallel zu den Höhenebenen liegend) und steuert die Lasereinrichtung so an, daß in der Zwischenebene eine zusammenhängende Schnittfläche ausgebildet wird.
Vorzugsweise hat die Bearbeitungsvorrichtung eine Scannereinrichtung, die zwei, um gegeneinander gekreuzte Achsen ablenkende Scan-Spiegel und eine den Fokus senkrecht dazu und längs der Haupteinfallsrichtung verschiebende Fokusverschiebeeinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Fokusverschiebeeinrichtung so ansteuert, daß nach einem Durchlauf durch die Lissajous-Figur die Fokuslage um eine Strecke entgegen der Haupteinfallsrichtung verschoben ist, die eine zusammenhängende Materialtrennung der aufeinanderfolgenden Durchläufe durch die Lissajous-Figur bewirkt
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Auch betrifft die Beschreibung von Verfahrensmerkmalen zur Materialtrennung bzw. zur Erzeugung von Steuerdaten gleichermaßen eine entsprechende Ausgestaltung der Steuereinrichtung, welche die Bearbeitungseinrichtung steuert. Umgekehrt sind Merkmale, welche hinsichtlich der Bearbeitungsvorrichtung insbesondere deren Steuereinrichtung beschrieben sind, gleichermaßen relevant für das entsprechende Verfahren zur Materialbearbeitung bzw. zur Steuerdatenerzeugung.
Die Steuerdatenerzeugung kann separat, d. h. unabhängig von der Bearbeitungsvorrichtung ausgeführt werden. Sie setzt natürlich entsprechende Kenntnis über die Bearbeitungsvorrichtung voraus, für welche die Steuerdaten vorgesehen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schemadarstellung einer Behandlungsvorrichtung für ophthalmologische Eingriffe, insbesondere zur Fehlsichtigkeitskorrektur,
2 eine Schemadarstellung hinsichtlich des Aufbaus des Behandlungsgerätes der 1,
3 eine Prinzipdarstellung zur Einbringung gepulster Laserstrahlung in das Auge mit dem Behandlungsgerät der 1,
4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines Gitters aus Schnittflächen, das mit dem Behandlungsgerät der 1 erzeugt werden soll,
5 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Erzeugung der schematisch dargestellten Schnittfläche der 4,
6 eine Darstellung ähnlich der 5, aber mit einer Begrenzung von Schnittflächen auf ein Bearbeitungsgebiet und
7–38 Schemadarstellungen von Bahnkurven, die bei der Schnittflächenerzeugung gemäß 5 oder 6 mit dem Behandlungsgerät der 1 verwendet werden können.
1 zeigt ein Behandlungsgerät 1 für die Augenchirurgie. Damit kann z.B ein augenchirurgische Verfahren ausgeführt werden, das dem in EP 1 159 986 A2 bzw. US 5,549,632 beschriebenen ähnelt. Das Behandlungsgerät 1 erzeugt mittels Behandlungs-Laserstrahlung 2 eine Materialtrennung in transparentem Material. Diese Materialtrennung kann z.B. eine Schnittflächenerzeugung sein, insbesondere kann das Behandlungsgerät zur Fehlsichtigkeitskorrektur eine Veränderung an einem Auge 3 eines Patienten 4 bewirken. Die Fehlsichtigkeit kann Hyperopie, Myopie, Presbyopie, Astigmatismus, gemischten Astigmatismus (Astigmatismus, bei dem in einer Richtung Hyperopie und in einer rechtwinklig dazu liegenden Richtung Myopie vorliegt), asphärische Fehler und Aberrationen höherer Ordnung umfassen. Die Materialtrennung kann auf dem Gebit der Ophthalmologie aber auch an anderen Geweben des Auges eingesetzt sein, z.B. zur Sektionierung der Augenlinse bei der Kataraktoperation. Soweit nachfolgend Bezug auf die Augenchirurgie genommen wird, ist das auf jeden Fall nur exemplarisch und nicht einschränken zu verstehen.
Die Baugruppen des Gerätes 1 werden im beschriebenen Ausführungsbeispiel von einer integrierten Steuereinheit gesteuert, die aber natürlich auch eigenständig ausgebildet sein kann.
2 zeigt schematisch das Behandlungsgerät 1. Es weist in dieser Variante mindestens drei Einrichtungen oder Module auf. Eine Lasereinrichtung L gibt den Laserstrahl 2 auf das Material, z. B. das Auge 3 ab und verstellt die Lage des Fokus im Material in drei Raumrichtungen x, y, z. Die Verstellung längs der Haupteinfallsrichtung der optischen Strahlung (z-Achse) wird als z-Achsenverstellung bezeichnet, die x- und y-Achsenverstellung erfolgt bevorzugt senkrecht zur z-Achse durch Scanner
Der Betrieb der Lasereinrichtung L erfolgt vollautomatisch unter Steuerung durch eine integrierte oder separate Steuereinrichtung C. Die Lasereinrichtung L startet auf ein entsprechendes Startsignal hin die Ablenkung des Laserstrahls 2 und erzeugt dadurch Schnittflächen, die auf noch zu beschreibende Art und Weise aufgebaut sind.
Die Steuereinrichtung C arbeitet nach Steuerdaten, die entweder von ihm erzeugt wurden oder ihm zugeführt wurden. In letzterem Fall, der in 2 gezeigt ist, werden die für den Betrieb erforderlichen Steuerdaten der Steuereinrichtung C zuvor von einer Planungseinrichtung P als Steuerdatensatz über nicht näher bezeichnete Steuerleitungen zugeführt. Die Ermittlung oder Übertragung der Steuerdaten findet vor dem Betrieb der Lasereinrichtung L statt. Natürlich kann die Kommunikation auch drahtlos erfolgen. Alternativ zu einer direkten Kommunikation ist es auch möglich, die Planungseinheit P räumlich getrennt von der Lasereinheit L anzuordnen und einen entsprechenden Datenübertragungskanal vorzusehen.
In der Augenheilkunde wird bevorzugt vor dem Einsatz des Behandlungsgerätes 1 die Fehlsichtigkeit des Auges 3 mit einer oder mehreren Meßeinrichtungen M vermessen. Die Meßwerte werden dann dem Steuereinrichtung bzw. der Planungseinrichtung P zugeführt und bilden die Basis für die Steuerdatenerzeugung. Insbesondere kann die Lage und/oder Ausdehnung eines zu bearbeitenden, insbesondere zu sektionierenden Bereichs gemessen werden.
Die Steuereinrichtung bzw. die Planungseinheit P erzeugt den Steuerdatensatz aus den Meßdaten, die ermittelt wurden, z. B. für das zu behandelnde Auge. Sie werden der Planungseinheit P über eine Schnittstelle S zugeführt und stammen im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Meßeinrichtung M, die das Auge des Patienten 4 zuvor vermessen hat. Natürlich kann die Meßeinrichtung M auf beliebige Art und Weise die entsprechenden Meßdaten an die Planungseinrichtung P oder direkt an die Steuereinrichtung C übermitteln.
Vorzugsweise wird der Steuerdatensatz zur Steuereinrichtung übertragen und weiter vorzugsweise ist ein Betrieb der Lasereinrichtung L gesperrt, bis an der Lasereinrichtung L ein gültiger Steuerdatensatz vorliegt. Ein gültiger Steuerdatensatz kann ein Steuerdatensatz sein, der prinzipiell zur Verwendung mit der Lasereinrichtung L der Behandlungsvorrichtung 1 geeignet ist. Zusätzlich kann die Gültigkeit aber auch daran geknüpft werden, daß weitere Prüfungen bestanden werden, beispielsweise ob im Steuerdatensatz zusätzlich niedergelegte Angaben über das Behandlungsgerät 1, z. B. eine Geräteseriennummer, oder den Patienten, z. B. eine Patientenidentifikationsnummer, mit anderen Angaben übereinstimmen, die beispielsweise an der Behandlungsvorrichtung ausgelesen oder separat eingegeben wurden, sobald der Patient in der korrekten Stellung für den Betrieb der Lasereinrichtung L ist.
Die Übertragung der Meßdaten und/oder der Steuerdaten kann mittels Speicherchips (z.B. per USB oder memory stick), Magnetspeichern (z. B. Disketten), oder sonstiger Datenträger, per Funk (z. B. WLAN, UMTS, Bluetooth) oder drahtgebunden (z. B. USB, Firewire, RS232, CAN-Bus, Ethernet etc.) erfolgen. Eine direkte Funk- oder Draht-Verbindung hat den Vorteil, daß die Verwendung falscher Meßdaten mit größtmöglicher Sicherheit ausgeschlossen ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Überführung des Patienten von der Meßeinrichtung M bzw. den Meßeinrichtungen zur Lasereinrichtung L mittels einer (in der Figur nicht dargestellten) Lagerungseinrichtung erfolgt, die mit der Meßeinrichtung M bzw. der Lasereinrichtung L so zusammenwirkt, daß die jeweiligen Einrichtungen erkennen, ob der Patient 4 in der jeweiligen Position zum Vermessen bzw. Einbringen der Laserstrahlung 2 ist. Mit einem Verbringen des Patienten 4 von der Meßeinrichtung M zur Lasereinrichtung L kann dabei zugleich auch die Übertragung der Meß- und Fehlsichtigkeitsdaten an die Behandlungsvorrichtung 1 erfolgen.
Es ist vorzugsweise durch geeignete Mittel sichergestellt, daß die Steuereinrichtung bzw. die Planungseinrichtung P immer den zum Patienten 4 gehörenden Steuerdatensatz erzeugt, und eine irrtümliche Verwendung eines falschen Steuerdatensatzes für einen Patienten 4 ist so gut wie ausgeschlossen.
Die Laserstrahlung 2 wird in der beschriebenen Ausführungsform als gepulster Laserstrahl fokussiert in das Material, z. B. das Auge 3 gebracht. Die von der Lasereinrichtung L erzeugte Pulsdauer liegt dabei z. B. im Femtosekundenbereich, und die Laserstrahlung 2 wirkt mittels nicht-linearer optischer Effekte im Material, z. B. der Augenlinse oder der Hornhaut. Der Laserstrahl weist z. B. 50 bis 800 fs kurze Laserpulse (bevorzugt 100–400 fs) mit einer Pulswiederholfrequenz zwischen 10 kHz und 10 MHz auf. Die Art des Material trennenden Effektes, den das Behandlungsgerät 1 mit der Laserstrahlung nutzt, ist jedoch für die nachfolgende Beschreibung nicht weiter relevant, insbesondere muß keine gepulste Laserstrahlung verwendet werden. Wesentlich ist lediglich, daß ein Fokus von Bearbeitungsstrahlung 2 im Material längs einer Bahnkurve verschoben wird.
Das Behandlungsgerät 1 bildet im Material eine Schnittfläche aus, deren Form vom Muster abhängt, mit dem die Laserpulsfoki im Gewebe angeordnet sind/werden. Das Muster hängt wiederum von der Bahnkurve ab, entlang der der Fokus verschoben wird. Sie gibt Zielpunkte für die Fokuslage vor, an denen ein oder mehrere Laserpuls(e) abgegeben wird(werden), und definiert letztlich die Form und Lage der Schnittfläche.
Eine mögliche Wirkungsweise des Laserstrahls 2 ist in 3 schematisch angedeutet. Er wird mittels einer nicht näher bezeichneten Optik der Lasereinrichtung L in das Material, z. B. die Hornhaut 5 oder Linse des Auges fokussiert. Dadurch entsteht im Material ein Fokus 6, in dem die Laserstrahlungsenergiedichte so hoch ist, daß in Kombination mit der Pulslänge ein nicht-linearer Effekt auftritt. Beispielsweise kann jeder Puls der gepulsten Laserstrahlung 2 am jeweiligen Ort des Fokus 6 einen optischen Durchbruch im Material, z. B. in der Hornhaut 5 oder Linse erzeugen, welcher in 3 exemplarisch durch eine Plasmablase schematisch angedeutet ist. Dadurch wird aufgrund dieses Laserpulses Material, z. B. Gewebe getrennt. Bei Entstehung einer Plasmablase umfaßt die Gewebeschichttrennung ein größeres Gebiet, als den Spot, welchen der Fokus 6 der Laserstrahlung 2 überdeckt, obwohl die Bedingungen zur Erzeugung des Durchbruches nur im Fokus erreicht werden. Damit von jedem Laserpuls ein optischer Durchbruch erzeugt wird, muß die Energiedichte, d. h. die Fluence der Laserstrahlung oberhalb eines gewissen, pulslängenabhängigen Schwellwertes liegen. Dieser Zusammenhang ist dem Fachmann beispielsweise aus der DE 695 00 997 T2 bekannt.
Alternativ kann ein materialtrennender Effekt durch die gepulste Laserstrahlung auch dadurch erzeugt werden, daß mehrere Laserstrahlungspulse im einen Bereich abgegeben werden, wobei sich für mehrere Laserstrahlungspulse die Spots 6 überlappen. Es wirken dann mehrere Laserstrahlungspulse zusammen, um einen gewebetrennenden Effekt zu erreichen. Beispielsweise kann das Behandlungsgerät 1 das Prinzip verwenden, das in der WO 2004/032810 A2 beschrieben ist.
Das Behandlungsgerät 1 erzeugt in der Hornhaut 5 oder in der Linse des Auges 1 eine Sektionierung des Gewebes, indem Schnittflächen als Gitter ausgebildet werden (dies ist natürlich nicht auf die Ophthalmologie eingeschränkt). Durch dieses in 4 schematisch dargestellte Gitter soll transparentes Material 1a sektioniert werden, so daß es entnommen werden kann.
Im transparenten Material 1a wird ein Gitter aus Schnittflächen 10, 11, 12 erzeugt, indem der Fokus 6 der Laserstrahlung 2, die sich entlang einer Ausbreitungsrichtung 3a ausbreitet, innerhalb des transparenten Materials 1a entlang einer Bahnkurve 6a verschoben wird. Die Bahnkurve 6a ist so gewählt, daß sie den Schnittflächen 10, 11 und 12 folgt und diese abfährt.
Die Steuereinrichtung C achtet bei der Ansteuerung der Lasereinrichtung L darauf, daß die Schnittflächen 10, 11 und 12 durch die Bahnkurve 6a nur entgegen der Hauptausbreitungsrichtung 3a des Laserstrahls 2 aufgebaut werden. Ansonsten würde der Fokus 6 durch bereits vorhandene Materialtrennungen (beispielsweise Schnittflächen) im einfallenden Lichtkegel 4a gestört. Diese Problematik stellt sich ganz grundsätzlich bei Materialtrennung durch fokussierte optische Strahlung und ist in der exemplarisch beschriebenen Anwendung besonders groß an Kreuzungsstellen 5a der Schnittflächen 10, 11 und 12.
Die gestrichelt dargestellte Schnittfläche 12 verdeutlicht, daß die Bahnkurve 6a in verschiedenen Höhenebenen angeordnet werden muß, um die erwähnte Laserfokusstörung im einfallenden Lichtkegel 4a zu vermeiden. Die Bahnkurve 6a ist deshalb so ausgebildet, daß sie zuerst alle Schnittflächen 10, 11 und 12 in der tiefstliegenden Höhenebene abarbeitet, d. h. in derjenigen Höhenebene, die bezogen auf die Haupteinfallsrichtung 3a am weitesten von der Lasereinrichtung L entfernt ist. Wurden mit der Bahnkurve 6a die Schnittlinien aller Schnittflächen 10, 11 und 12 mit der in dieser Höhenebene abgearbeitet, erfolgt dasselbe für die nächste Höhenebene, die bezogen auf die Haupteinfallsrichtung 3a näher an der Lasereinvorrichtung L liegt.
Um ein zeitaufwendiges Abbremsen und Neupositionieren bzw. Beschleunigen der Fokusablenkung zu vermeiden, wird das in 4 schematisch dargestellte Gitter aus Schnittflächen durch Bewegung der zweiachsigen Ablenkung der Lasereinrichtung L auf einer Lissajous-Figur-förmigen Bahnkurve 23 generiert, die in 5 dargestellt ist. Die Lissajous-Figur muß lediglich hinsichtlich der x-/y-Ablenkung, also längs der Haupteinfallsrichtung 3a gesehen, gegeben sein. Nur in dieser Sicht muß eine geschlossene, also periodische Bahnkurve 6a gegeben sein.
Es gibt somit zwei Varianten: Zum einen kann die Bahnkurve 6a in einer Höhenebene liegen. Dann bleibt die z-Lage des Fokus 6 konstant, solange die Lissajous-Figur abgefahren wird, und die Bahnkurve 6a ist auch im dreidimensionalen Raum geschlossen. Die Steuerdaten bzw die Steuerung durch die Steuereinrichtung bewirken somit in jeder Höhenebene eine geschlossene Bahnkurve 23, auf der der Fokus geführt wird. Dies wird nachfolgend als Variante 1 bezeichnet. Zum anderen kann die z-Verstellung die Lage des Fokus verstellen, während die Lissajous-Figur abgefahren wird. Dies wird nachfolgend als Variante 2 bezeichnet. Soweit nicht explizit auf Unterscheide dieser zwei Varianten eingegangen wird, gelten die hier gemachten Ausführungen für beide Varianten.
Da eine Lissajous-Figur durch eine Überlagerung harmonische Schwingungen entsteht, können dabei x-/y-Ablenkeinrichtungen mit harmonischen Sinus- bzw. Kosinusbewegungen kontinuierlich bewegt werden. Eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ist das Resultat.
In Abschnitten 23 der Bahnkurve 6a, die außerhalb des Gebietens, in dem die beabsichtigten Schnittflächen erzeugt werden sollen, (auch in 5 ist exemplarisch die Schnittfläche 10 eingezeichnet) verlaufen, wird der Laserstrahl dunkelgetastet, d. h. ausgeschaltet oder hinsichtlich seines Bearbeitungseffektes deaktiviert. Lediglich in Abschnitten 24 der Bahnkurve 6a, die innerhalb des Gebietes, in dem Schnittflächen liegen sollen, verlaufen, ist die Laserstrahlung aktiv und trennt Gewebe. 5 zeigt die Abschnitte 23 der Bahnkurve 6a gepunktet, in denen der Laserstrahl dunkel getastet wird. Die Abschnitte 24 der Bahnkurve 6a, in denen die Strahlung eine Materialtrennung bewirkt, sind durchgezogen eingezeichnet.
5 zeigt weiter den Abstand 8 zwischen den Höhenebenen, in denen jeweils dieselbe Lissajous-Figur abgefahren wird. Nur wenn die Bahnkurve 6 in den einzelnen Höhenebenen kongruenten Lissajous-Figuren folgt, ist die gewünschte Sektionierung des transparenten Materials 1a erreicht. Um diese Eigenschaft zu gewährleisten, ist die Lissajous-Figur, welcher die Bahnkurve 6a in jeder Höhenebene folgt, eine geschlossene Lissajous-Figur.
Die x-/y-Ablenkbewegung des Fokus 6 folgt den Gleichungen
wenn die x- und y-Scanner mit Steuersignalen Sx und Sy gemäß den Gleichungen
angesteuert werden. Der Einfachheit halber wird ein eventueller Skalierungsfaktor, der die Proportionalität der Auslenkung der Ablenkbewegung zum Ansteuersignal beschreibt, hier als 1 angenommen. i ist dabei als Index und nicht als Potenz zu verstehen.
In den Gleichungen beschreibt a(f) eine frequenzabhängige Amplitudendämpfung und δ(f) eine frequenzabgängige Phasenverzögerung. Diese beiden frequenzabhängigen Funktionen beschreiben das Response-Verhalten der x-/y-Ablenkung auf die Steuersignale. Bei sehr langsamen Frequenzen sind a = 1 und δ =0, und die Scanner folgen exakt den Steuersignalen. Wachsen die Ansteuerfrequenzen, verringert sich a(f). Die Amplitude der Ablenkbewegung wird also kleiner als die ansteuernde Amplitude und die Phasenverzögerung δ wächst. Die Ablenkbewegung folgt den Ansteuersignalen nur verzögert. Der Frequenzgang von a und δ kann für die verwendeten Scannerelemente einmalig bestimmt werden und bei der Generierung der Ansteuersignale vorgehalten werden.
Um hinsichtlich der x-/y-Ablenkung die Lissajous-Figur zu erzeugen, werden für alle Frequenzen der Summanden für x- und y-Ablenkung ganzzahlige Vielfache einer Basisfrequenz f₀ gewählt
wodurch sich die Bahnkurve 6a mit der Basisfrequenz f₀ wiederholt.
Zum Erzeugen der Schnittflächen 10, 11 und 12 kann gemäß Variante 1 die Bahnkurve 6a in jeder Höhenebene einen vollen Durchlauf (oder wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt mehrere Durchläufe) durch die Lissajous-Figur aufweisen.
Zum Erzeugen der Schnittflächen ist es gemäß Variante 2 aber gleichfalls möglich, die Ablenkung längs der Haupteinfallsrichtung 3a während der Lissajous-Figur auszuführen. Die Steuereinrichtung bzw. die von der Planungseinheit erzeugten Steuerdaten bewirken eine z-Verstellung des Fokus 6 entweder in einem kurzen Bahnabschnitt, der dann einen Übergang von zwischen zwei Höhenebenen der Variante 1 darstellt, oder eine kontinuierliche z-Verstellung des Fokus 6. Bezogen auf die oben erwähnten Gleichungen, bei der sich der Scan-Pfad mit einer Basisfrequenz f₀ wiederholt, bewegt sich bei kontinuierlicher z-Verstellung des Fokus 6 die z-Koordinate des Fokus 6 in der Zeitdauer 1/f₀ um den gewünschten Abstand 8, den übereinander liegende Bahnkurvenabschnitte haben sollen.
6 zeigt exemplarisch eine Sektionierung einer Augenlinse 30, welche für die Kataraktoperation durchgeführt wird. Das Behandlungsgerät 1 erzeugt Schnittflächen 31, indem die Bahnkurve 6a einer Lissajous-Figur folgt. In Abschnitten 32 der Bahnkurve, die innerhalb der Linse 30 liegen, ist die Laserstrahlung 2 aktiv. In Abschnitten 33, die außerhalb der Augenlinse 30 liegen, wird die Laserstrahlung 2 dunkelgetastet. Dieses Prinzip kann natürlich auch für andere Materialien angewendet werden und verdeutlicht, daß die Kombination aus Aktivierung der Laserstrahlung innerhalb eines gewünschten Volumens und Dunkeltastung außerhalb edes gewünschten Volumens einen schnellen Aufbau von sich kreuzenden Schnittflächen ermöglichen.
Folgende Merkmale können zusätzlich realisiert werden:
Man kann die Laserstrahlung auch auf bestimmten Abschnitten der Bahnkurve innerhalb eines Bereiches, in dem Schnittflächen liegen, dunkeltasten, wenn der Verlauf der Bahnkurve auf der Lissajous-Figur in solchen Bereichen nicht einem gewünschten Schnittmuster entspricht.
Die Höhenebenen müssen keine Ebenen im mathematischen Sinne sein. Insbesondere im Fall einer Bildfeldkrümmung und/oder bei der Bearbeitung gekrümmten Materials können die Höhenebenen gekrümmte 2D-Mannigfalten sein.
Bei der Ansteuerung von Scannern kann man die Amplitudendämpfung und Phasenverzögerung der x-/y-Ablenkeinrichtungen ermitteln und berücksichtigen, indem bei hohen Frequenzen entsprechende Vorhalte der Amplitude und Phase der Ablenkungsansteuerung vorgesehen werden.
Die Frequenzen der Ablenkung auf den Lissajous-Figuren können den maximalen Abstand von Spots, auf die aufeinanderfolgende Laserpulse treffen sollen, berücksichtigen.
Das mit der Lissajous-Figur erzeugte Schnittmuster kann natürlich um weitere Schnittelemente ergänzt werden, beispielsweise einen Zylindermantel als äußere Begrenzung des bearbeiteten Volumenbereiches. Um die durch die Schnittflächen 10, 11 und 12 erzeugten Teile des transparenten Materials 1a auch senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 3a zusätzlich zu teilen, können auch zwischen einzelnen Höhenebenen Schnittflächen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Haupteinfallsrichtung 3a erstrecken, erzeugt werden.
Die mittels Lissajous-Figur erzeugten Schnittflächen können zur Sektionierung von Augengewebe verwendet werden, beispielsweise der Augenlinse oder der Augenhornhaut. Auch ist es möglich, durch die gekreuzten Schnittflächen eine gezielte Schwächung eines Materials zu bewirken. Im Bereich der Augenchirurgie kann es sich dabei z. B. um eine intrastromale Schwächung der Kornea handeln, um das Gleichgewicht zwischen Augeninnendruck und Korneafestigkeit so zu beeinflussen, daß eine gewünschte Formänderung der Korneavorderfläche erreicht wird.
Die 7 bis 38 zeigen Beispiele von Mustern, welche die Lissajous-Figur in Sicht längs der Haupteinfallsachse 3a haben kann. Weitere Muster sind ebenfalls möglich.

Die Lissajous-Figuren der 7 bis 18 beruhen auf x-/y-Ablenkung mit einfachen Vielfachen der Grundfrequenz, die Lissajous-Figuren der 19 bis 38 auf gemischten Vielfachen der Grundfrequenz. Die einzelnen Parameter sind wie folgt:

	Nx	Ny	Ax	Ay	φ
Fig. 7	1	2	2	1	90°
Fig. 8	3	4	1.1	0.95	30°
Fig. 9	5	6	1.02	0,96	18°
Fig. 10	7	8	1.01	0,97	12.86°
Fig. 11	2	3	1.5	1.05	45°
Fig. 12	4	5	1.25	1	22.5°
Fig. 13	6	7	1.15	1.03	15°
Fig. 14	8	9	1.09	1.01	11.25°
Fig. 15	1	3	2	1	90°
Fig. 16	3	5	1.6	1.01	30°
Fig. 17	5	7	1.33	1.02	18°
Fig. 18	7	9	1.2	1.03	12.86°

	N_x ⁱ	N_y ⁱ	Axⁱ	Ayⁱ	φ_x ⁱ	φ_y ⁱ
Fig. 19	1; 2	1; 2	1; 0.63	1; 0.63	0°, 90°	90°; 0°
Fig. 20	1; 2	1; 2	0.65; 1	0.65; 1	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 21	1; 2	1; 2	1.5; 0.75	1.5; 0.75	0°; 270°	0°, 90°
Fig. 22	1; 2	1; 2	1; 1	1; 1	0°, 90°	90°; 0°
Fig. 23	1; 3	1; 3	1; 0.45	1; 0.45	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 24	1; 3	1; 3	1; 0.75	1; 0.75	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 25	1; 3	1; 3	0.64; 1	0.64; 1	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 26	1; 3	1; 3	0.65; 0.65	0.65; 0.65	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 27	1; 4	1; 4	1; 0.35	1; 0.35	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 28	2; 3	2; 3	1; 0.45	1; 0.45	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 29	1; 4	1; 4	1; 0.7	1; 0.7	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 30	1; 4	1; 4	0.7; 1	0.7; 1	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 31	2; 3	2; 3	0.5; 1	0.5; 1	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 32	1; 4	1; 4	1; 1	1; 1	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 33	2; 3	2; 3	1.1; 0.85	1.1; 0.85	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 34	1; 5	1; 5	1.3; 0.55	1.3; 0.55	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 35	1; 5	1; 5	1; 0.6	1; 0.6	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 36	1; 5	1; 5	0.8; 1.3	0.8; 1.3	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 37	1; 5	1; 5	0.7; 0.7	0.7; 0.7	0°; 90°	90°; 0°
Fig. 38	1; 5	1; 5	1; 1	1; 1	0°; 90°	90°; 0°

Folgendes Beispiel sei zur Bahnkurvenbestimmung gegeben:
Die Bahnkurve 6a soll ein kreisförmiges Gebiet von 5 mm Durchmesser über die Höhe von 1 mm gemäß 12 in 4 × 4 Sektionen zerteilen. Dabei soll ein maximaler Abstand von ds = 3 µm von benachbarten Laserpulspositionen und dT = 3µm von zwei in Haupteinfallsrichtung übereinanderliegenden Bahnkurven eingehalten werden. Die Lasereinrichtung L gibt Laserpulse mit einer Frequenz f_L = 500 kHz ab. Die Geschwindigkeit v der Bewegung der Scannerposition sollte v = ds·f = 1.5 m/s nicht überschreiten, zum erzielen einer kurzen Bearbeitungszeit aber möglichst an diesem Maximum liegen.
Für die Geschwindigkeit auf der Bahnkurve gilt:
wobei x ., y . die Zeitableitungen der x- und y-Koordinaten der Fokusposition sind.
Mit x = A_xcos(2πf₀N_xt), y = A_ycos(2πf₀N_yt + φ) (exemplarisch ϕx = 0) ergeben sich die Zeitableitungen zu: x . = –2πf₀N_xA_xsin(2πf₀N_xt), y . = –2πf₀N_yA_ysin(2πf₀N_yt + φ).
Die Geschwindigkeit v wird zum Zeitpunkt t maximal, wenn sowohl der Sinus-Term von x . als auch y . den Maximalwert 1 oder –1 annehmen und ist dann:
Die Cosinus-Terme von x und y werden genau dann 0 und der Laserfokus befindet sich dann gerade auf einer die Haupteinfallsrichtung festlegenden optischen Achse. Ansonsten erreicht v nicht ganz den Maximalwert v ˆ, wird aber durch diesen nach oben begrenzt und kann ohne großen Fehler mit v ˆ abgeschätzt werden (z.B. für die Bahnkurve gemäß 16).
Über die Amplituden A_x und A_y wird die Ausdehnung der Bahnkurve eingestellt. Die minimale Ausdehnung soll dabei den 5 mm Durchmesser-Bereich überdecken. Zur Erzeugung von Schnittflächen, die sich auf der optischen Achse <x, y> = <0, 0> senkrecht kreuzen, muß an der Achsposition x . = ±y ., also N_xA_x = N_yA_y sein.
Zur Generierung der abgebildeten 12 ist ein N_x von 4 und N_y von 5 notwendig. A_y muß dem Durchmesser von 5 mm entsprechen, und A_x ergibt sich dann zu A_x = N_yA_y/N_x = 6,25 mm. Mit diesen Werten errechnet sich ein v ˆ von 222,14 mm·f₀.
Wenn also v = 1.5 m/s erreicht werden soll, muß die periodische Bahnkurve mit f₀= 6,75 Hz wiederholt werden. Für die Scanner folgen die cosinus-Frequenzen f_x = 4·6,75 Hz = 27Hz und f_y = 33,75 Hz bewegen, was z.B. bei durch Galvanometer angetriebenen Spiegeln eingestellt wird. Für eine Höhe von 1 mm und bei einen Abstand übereinanderliegender Bahnkurven von dT = 3 µm werden 333 Durchläufe durch die Bahnkurve übereinander gelegt. Bei f₀ = 6,75 Hz dauert das knapp 50 s.
Auf analoge Weise findet man für die übrigen Lissajous-Figuren unter Annahme entsprechender Randbedingungen die Grundfrequenz. So ergibt sich z.B, für 8 bei ansonsten gleichen Parametern eine Grundfrequenz f₀ = 9,5Hz mit der die 333 Schnittebenen in 35 s eingebracht werden könne.
Die Größe der Teile, welche im Material durch die Sektionierung erzeugt werden, hängt, wie die 7 bis 38 zeigen, von der verwendeten Lissajous-Figur ab. Bezeichnet man mit q die Seitenlänge eines Teils und r den Radius des Gebietes, in dem die Sektionierung erfolgen soll (Kreis in den 7 bis 38), so gilt für
7–10: q = 2·r/N_y
11–14: q = 2·r/N_x
15–18: q = 2·r/N_x
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008027358 A1 [0011]
EP 1159986 A2 [0037]
US 5549632 [0037]
DE 69500997 T2 [0049]
WO 2004/032810 A2 [0050]

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material mittels optischer Strahlung, wobei die optische Strahlung in das Material auf einen Fokus fokussiert wird und der Fokus längs einer Bahnkurve verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen als Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur verwendet wird.
Verfahren zur Erzeugung von Steuerdaten für eine Lasereinrichtung, die durch Fokussierung optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material erzeugt, wobei die Steuerdaten eine Bahnkurve für eine Verschiebung eines Fokus der optischen Strahlung im Material vorgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdaten so erzeugt werden, daß senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen die Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur ist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus zusätzlich längs der Haupteinfallsrichtung der Strahlung und gegen die Haupteinfallsrichtung verschoben wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzende Lissajous-Figur durch eine Überlagerung einer ersten harmonischen Schwingung mit einer zweiten harmonischen Schwingung erzeugt wird, wobei beide harmonischen Schwingungen Frequenzen aufweisen, die verschiedene ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenzen betragen, und die Frequenz der ersten Schwingung mindestens das 2-fache der Grundfrequenz ist, bevorzugt mindestens das 3-fache der Grundfrequenz.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schnittflächenbereich definiert wird, die Lissajous-Figur größer als der Schnittflächenbereich ausgeführt wird und die optische Strahlung auf Abschnitten der Bahnkurve, die außerhalb des Schnittflächenbereichs abgeschaltet oder so modifiziert wird, daß sie keine Schnitte im transparenten Material erzeugt.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte als Gitterstruktur ausgebildet werden, indem die Lissajous-Figur wiederholt in mehreren, entlang einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinanderliegenden Höhenebenen vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei Höhenebenen eine parallel zu den Höhenebenen liegende Zwischenebene vorgesehen wird, in der eine Bahnkurve vorgesehen wird, mit der eine zusammenhängende Schnittfläche ausbildet wird.
Bearbeitungsvorrichtung zur Erzeugung von Schnitten in einem transparenten Material, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Lasereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, durch Fokussierung von optischer Strahlung Schnitte in einem transparenten Material zu erzeugen, und eine mit der Lasereinrichtung verbundene Steuereinrichtung aufweist, welche die Lasereinrichtung so ansteuert, daß die Lasereinrichtung einen Fokus der optischen Strahlung im Material entlang einer Bahnkurve verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung so ansteuert, daß senkrecht zu einer Haupteinfallsrichtung der Strahlung gesehen die Bahnkurve eine periodische, sich kreuzende Lissajous-Figur ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung so ansteuert, daß die kreuzende Lissajous-Figur durch eine Überlagerung einer ersten harmonischen Schwingung mit einer zweiten einer ersten harmonischen Schwingung erzeugt wird, wobei beide harmonischen Schwingungen Frequenzen aufweisen, die verschiedene, ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenzen betragen, und die Frequenz der ersten Schwingung mindestens das 2-fache der Grundfrequenz ist, bevorzugt mindestens das 3-fache der Grundfrequenz.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung in Bereichen, in denen die Lissajous-Figur außerhalb eines vorbestimmten Schnittflächenbereichs liegt, so ansteuert, daß die optische Strahlung abgeschaltet oder so modifiziert ist, daß sie keine Schnitte im transparenten Material erzeugt.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Lasereinrichtung so ansteuert, daß die Schnitte als Gitterstruktur ausgebildet werden, indem die Lissajous-Figur wiederholt in mehreren, entlang einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinanderliegenden Höhenebenen vorgesehen wird.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zwischen mindestens zwei Höhenebenen eine parallel zu den Höhenebenen liegende Zwischenebene vorsieht und die Lasereinrichtung so ansteuert, daß in der Zwischenebene eine zusammenhängende Schnittfläche ausbildet wird.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus mittel einer Scannereinrichtung verschoben wird, die zwei, um gegeneinander gekreuzte Achsen ablenkende Scan-Spiegel und eine den Fokus senkrecht dazu und längs der Haupteinfallsrichtung verschiebende Fokusverschiebeeinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Fokusverschiebeeinrichtung so ansteuert, daß nach einem Durchlauf durch die Lissajous-Figur die Fokuslage um eine Strecke entgegen der Haupteinfallsrichtung verschoben ist, die eine zusammenhängende Materialtrennung der aufeinanderfolgenden Durchläufe durch die Lissajous-Figur bewirkt.