專利名稱：材料去除的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用激光照射來去除材料的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
采用激光束對準(zhǔn)物體表面來去除物體表面材料的方法和裝置已為人們所熟知。其中有些方法和裝置是用激光束對表面進(jìn)行掃描，對材料進(jìn)行限定的去除，并有目的地改變物體的幾何尺寸。
這種方法的關(guān)鍵是，激光能量施加到去除部位時(shí)不能對去除區(qū)域、特別是對于對溫度敏感的軟材料造成嚴(yán)重的熱損害。具有特殊意義的是如果要去除的材料濕度很大，而且應(yīng)該防止材料由于得到能量而變得干燥，以避免材料性能及材料去除條件、諸如去除速度等在去除過程期間產(chǎn)生不希望的變化。
這種情況的例子是，為了用隱形眼鏡來矯正人眼的視力，需要加大或減小人工隱形眼鏡表面的曲率。但是，在加工死的或活的生物組織，諸如軟骨、牙齒硬組織或在眼角膜成型(照相折射角膜切除術(shù))的眼外科手術(shù)中，不僅要仔細(xì)成型，而且還要保持剩余材料的性能。
在上述應(yīng)用時(shí)，保持材料去除期間去除部位處環(huán)境的空氣調(diào)節(jié)條件不變，對于規(guī)定材料的去除具有特殊的意義，其中主要取決于材料表面及其周圍的溫度和濕度。
對于所規(guī)定的材料的去除，另外具有意義的還有加到材料處的能量的連續(xù)性。因?yàn)檎丈湓诎l(fā)射光源和去除部位之間路徑上的激光，橫穿過自由的大氣空間或必要的保護(hù)氣體，因此在材料去除時(shí)產(chǎn)生的廢物，諸如煙塵或材料顆?？赡苡袚p于去除部位鄰近區(qū)域的大氣。由于它們橫穿過激光束，還能夠?qū)す庹丈涞膹?qiáng)度產(chǎn)生不可預(yù)知的減弱。
由US 5,344,418可知一種裝置，在材料去除設(shè)備所產(chǎn)生的激光束的出口附近設(shè)置流動(dòng)通道。在材料去除期間，氣體流或空氣流從流動(dòng)通道朝向去除部位流出，以此達(dá)到吹跑去除部位煙塵和材料顆粒的目的。但是此時(shí)的缺點(diǎn)是，由于氣體流和空氣流吹涂去除部位處的材料表面，這不僅使表面上已有的濕潤薄膜遭到破壞，使其喪失了保護(hù)作用，而且還特別使具有保濕、強(qiáng)吸濕作用材料的內(nèi)部變得不允許的干燥，去除時(shí)材料中的水化作用狀態(tài)也受到不利的影響。
US 5,181,916描述的設(shè)備不是吹掉諸如煙塵或材料顆粒等雜質(zhì)，而是借助于氣體流將其吸掉。為此目的而圍繞設(shè)備的出口同心地設(shè)置了一個(gè)吸入口，激光束由該設(shè)備出來射向去除部位。但是在去除部位上方流動(dòng)的氣體不僅帶走了此處材料表面的濕度，而且還至少使去除部位附近的材料變得干燥。
DE 100 20 522 A1描述了在去除生物組織時(shí)吸走廢料的裝置。此處激光束通過一個(gè)管形通道對準(zhǔn)所述組織，并將廢料吸入通道中。在通道內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與激光照射方向相反的空氣流。此處吸走的空氣不是來自去除部位的環(huán)境，而是從位于通道出口附近的進(jìn)氣口流入。這就使得材料表面不受空氣流的吹涂，從而避免了干燥。此外，空氣流從激光束經(jīng)過的通道中心沿徑向向外對齊，因此使煙塵和材料顆粒遠(yuǎn)離中心，從而也遠(yuǎn)離了激光束，這樣就防止這些雜質(zhì)對激光照射強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響。
但是，這里采用的方法還不能保證用激光能量進(jìn)行材料去除，特別是進(jìn)行表面精加工時(shí)主要擺脫環(huán)境的影響。盡管采取了前面列舉的措施，但是去除條件總還是受到去除過程中去除部位溫度和濕度變化的影響。為了能夠使材料去除具有較高的成型精度，始終需要減少這些影響。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)本發(fā)明任務(wù)的任務(wù)是，遵守或改善已公開的措施，避免激光束橫截面的的污染，在整個(gè)去除過程時(shí)間內(nèi)保持去除部位的空氣調(diào)節(jié)環(huán)境條件不發(fā)生變化。
按照本發(fā)明開頭所述的一種方法，借助于一種在去除過程期間、經(jīng)由去除部位上方、按預(yù)先規(guī)定方向流動(dòng)的氣體，使去除部位和/或其鄰近區(qū)域的溫度和/或濕度基本保持不變。此時(shí)，氣體具有規(guī)定的溫度、規(guī)定的濕度和/或規(guī)定的流動(dòng)速度。
本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案是，在整個(gè)去除過程期間空氣流以不變的溫度、不變的濕度和不變的流動(dòng)速度在去除部位上方流過。
因此，在利用空氣作為傳輸介質(zhì)的情況下，在對準(zhǔn)去除部位的空氣的相應(yīng)預(yù)選的溫度低于去除部位的額定溫度時(shí)，過剩的熱量將被帶走。相反，如果對準(zhǔn)去除部位的空氣具有較高的相對濕度，則將保證濕度的引入，并防止材料表面和內(nèi)部變干燥。例如空氣流可在流速約為0.5米/秒的情況下，以37°的溫度和100％的相對濕度對準(zhǔn)去除部位。
依據(jù)待去除材料的性能，空氣流在去除部位上方流過的最佳范圍是溫度在20℃～30℃的范圍內(nèi)，相對濕度在0～100％范圍內(nèi)，流動(dòng)速度在1米/秒～10米/秒的范圍內(nèi)。常見的有利變型是，在去除部位上方流過的空氣溫度為-8℃，相對濕度為80％，流速約為3米/秒。
因此，在去除期間的空氣調(diào)節(jié)條件能夠保持在較小的限度內(nèi)不變。如果在去除過程中，例如有大約0.5瓦的功率連續(xù)掃描到材料中，那么雖然用于去除的功率的絕大部分已消耗掉，但是還有不小的一部分功率轉(zhuǎn)化為熱能。這部分熱能按照本發(fā)明的方法可在很大程度上傳輸?shù)簦虼巳缜八龆旧媳３朱o態(tài)平衡。
本發(fā)明的另一方案是，空氣流的流動(dòng)速度和供氣量應(yīng)該根據(jù)去除所使用的激光照射脈沖重復(fù)頻率如此預(yù)先規(guī)定使在脈沖期間所去除掉的組織要在后續(xù)脈沖序列開始前的時(shí)間間隔內(nèi)能夠被空氣流傳輸?shù)?。這在脈沖重復(fù)頻率為1千赫茲、去除部位的去除面積例如為8平方毫米的情況下，可使用的流動(dòng)速度約為8米/秒，此時(shí)的空氣流量應(yīng)為40立方厘米/秒左右。在此情況下可使用直徑約為8毫米的軟管。
另外，本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案是，空氣流以恒定溫度和不變的濕度含量、但是以去除過程期間逐漸增高的流動(dòng)速度在去除部位上方流過。此處的空氣流溫度可達(dá)例如37°、相對空氣濕度約為100％、但是去除開始時(shí)的流動(dòng)速度約為0.2米/秒，在去除持續(xù)期內(nèi)提高到10米/秒。因此以這種方式在進(jìn)行具有較高功率值的能量輸入時(shí)，多余的熱能被帶走。
本發(fā)明的另一方案是，空氣流以恒定流速在去除部位上方流過。但是與此相反，在去除過程期間流動(dòng)空氣的溫度降低和/或相對濕度提高。與此相關(guān)的例子是，空氣流速在整個(gè)去除過程期間為0.5米/秒，而空氣溫度在大約42℃(去除過程開始)至大約10℃(去除過程終了)的范圍內(nèi)變化，空氣濕度則在大約80％(去除過程開始)至大約100％(去除過程終了)的范圍內(nèi)變化。在對材料和材料表面處空氣調(diào)節(jié)環(huán)境之間的溫度和濕度平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，還可以達(dá)到比溫度和濕度值不變的情況更好的結(jié)果，從而得到更好的成型再現(xiàn)條件。
與此相關(guān)的實(shí)施方案變型還有，在去除過程期間溫度和/或空氣濕度的變化不僅可以連續(xù)地、而且還可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的不連續(xù)的進(jìn)程函數(shù)進(jìn)行。
對此可供選擇的方案還可能是，空氣的溫度、相對濕度和/或流速根據(jù)去除過程期間在去除部位或其附近區(qū)域重復(fù)測量、分析所得的溫度和濕度值來進(jìn)行變化，并將其用來作為空氣流進(jìn)行變化的主導(dǎo)參數(shù)。因此在去除部位處連續(xù)測量溫度和濕度可以提供信息，該信息能夠用來降低空氣溫度、提高它的濕度或者用來改變流速，以便能夠在適當(dāng)?shù)某潭壬鲜谷コ课坏目諝庹{(diào)節(jié)條件保持不變而不斷地施加積極的影響。
此外，在采取前述措施來保持環(huán)境條件不變的同時(shí)，還不斷地如此對準(zhǔn)空氣流，使得去除期間產(chǎn)生的廢物，諸如煙塵和材料顆粒由空氣流席卷，并由流動(dòng)的空氣從去除部位除去，而不橫向穿過對準(zhǔn)去除部位的激光束。
還須明確指出，本發(fā)明不限于使用空氣作為熱能和濕度的傳輸介質(zhì)，而且還可以應(yīng)用其他各種合適的氣體、例如氮?dú)獾取?br> 本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于適合人造隱形眼鏡表面曲率的變化，以達(dá)到加強(qiáng)或減少曲率來矯正人眼視力缺欠的目的。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以在以后戴隱形眼鏡的人缺席的情況下完成去除。
本發(fā)明還涉及適合用于實(shí)施前述方法步驟的、用于去除材料的裝置，以及所描述的方法不僅允許去除人造材料，而且還允許去除自然材料，其中也有生物組織。在這種裝置中所設(shè)置的機(jī)構(gòu)使得在激光能量作用期間有一種氣體流在去除部位上方流過，其中可以規(guī)定去除部位上方流過的氣體溫度、相對濕度和/或流動(dòng)速度。此處優(yōu)選地采用空氣來作為所述氣體，但是還有其他的氣體、例如氮?dú)庖彩呛线m的。
在一個(gè)特別優(yōu)選的方案中，所述裝置沒有能夠從規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)預(yù)選出溫度、相對濕度和/或流動(dòng)速度的機(jī)構(gòu)。這種選擇可以在去除過程開始前發(fā)生，其中具有將預(yù)選數(shù)值在整個(gè)去除過程期間保持不變的機(jī)構(gòu)。
此外須規(guī)定，用于預(yù)選或變改溫度、相對濕度和/或流動(dòng)速度的機(jī)構(gòu)都與控制電路相連，所述控制電路例如根據(jù)進(jìn)程函數(shù)所規(guī)定的數(shù)值發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)。此外，這個(gè)控制電路可以和空氣加熱機(jī)構(gòu)和/或空氣加濕機(jī)構(gòu)相連。
該空氣加濕機(jī)構(gòu)最好應(yīng)該具有一個(gè)霧化器，較好的方案是配備一個(gè)超聲波霧化器，它噴出具有不變的、液滴尺寸小于4微米的濕氣。在采用的激光照射波長為193納米的1情況下，這例如也適用于折射激光外科，此時(shí)的霧化流量為0.5～2毫升/分鐘。從而考慮到操作處具有所需的濕潤和最小的水離析而達(dá)到最佳的霧化密度。
此外還設(shè)置了影響氣體或空氣流動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)，使所去除的廢物不橫向穿過激光束橫截面，從而不對照射強(qiáng)度產(chǎn)生不可確定的影響。這方面的例子是兩個(gè)都是圍繞激光束的環(huán)形同心布置的流動(dòng)通道，所述通道沿激光照射方向彼此上下布置，其中一個(gè)具有空氣流的排出口，另一個(gè)具有空氣流的入口。此時(shí)，兩個(gè)流動(dòng)通道的第一個(gè)的排氣口和另一個(gè)的進(jìn)氣口的定位使空氣流基本上與激光束的方向平行，最好是流動(dòng)方向與激光照射的方向相反。
按照應(yīng)用情況另外證明有利的是，流入空氣的方向與去除部位的上方的切線成0～70°角；從去除部位吸走空氣流的入口如此設(shè)計(jì)，使流出空氣的方向與去除部位上方的切線同樣呈0～70°角。
為了查明去除部位的濕度值，例如采用一種散光測量機(jī)構(gòu)，其中將分離的、對準(zhǔn)材料表面激光束的折射強(qiáng)度—所述激光束的波長處于可見光或紅外線光譜范圍內(nèi)—作為衡量表面濕度的尺度。其中這種分離出的激光照射的物理參數(shù)、特別是強(qiáng)度和波長、應(yīng)根據(jù)所要去除的材料的性質(zhì)如此選擇，使材料的性能不由于這種照射而發(fā)生變化。在去除期間，材料表面實(shí)際溫度的無接觸測量可以采用商業(yè)上常用的熱紅外照相機(jī)。


下面用一個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。附圖表示圖1一種采用激光照射方法來去除材料的裝置圖，其中激光束對準(zhǔn)材料表面，并設(shè)置一個(gè)用于引入空氣調(diào)節(jié)的空氣流的機(jī)構(gòu)，以便對所述表面環(huán)境進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)；圖2向材料表面輸入和導(dǎo)出由空氣調(diào)節(jié)的空氣流的機(jī)構(gòu)的實(shí)施例及其在去除部位附近的布置；圖3用于查明去除部位附近溫度和濕度值的測量機(jī)構(gòu)的定位方案；圖4用于引入和導(dǎo)出空氣調(diào)節(jié)的空氣流的機(jī)構(gòu)的另一種方案。
具體實(shí)施例方式
圖1表示一個(gè)管形通道1，激光束3由它的端部出來對準(zhǔn)物體2的表面。這樣的裝置可以用來例如改變隱形眼鏡的曲率，或用于照相折射角膜切除術(shù)，其中人眼角膜的彎率在激光照射的作用下通過對角膜的生物組織進(jìn)行去除而得到矯正。
假定去除過程期間加到組織中的功率為0.5瓦，則功率的大部分為去除所消耗，但是還有不小的一部分變成了所不希望的熱、聲和熒光能。此時(shí)主要是熱損失部分干擾了去除條件，因?yàn)樗绊懥藴I液膜，從而本身影響角膜的濕度和角膜的水化作用性能。
為了能夠達(dá)到規(guī)定的去除量，從而使角膜表面達(dá)到規(guī)定的形狀，本發(fā)明的任務(wù)是，通過使空氣調(diào)節(jié)的環(huán)境條件保持不變來降低和盡可能完全消除去除條件中的不利影響。
為此本發(fā)明設(shè)置了一個(gè)管形通道4，它通過一個(gè)連接管5和一個(gè)與其相連的連接管路(未示出)同一個(gè)空氣供給機(jī)構(gòu)(未表示出)相連。
空氣供給機(jī)構(gòu)的功能是將空氣導(dǎo)入管形流動(dòng)通道4內(nèi)，空氣從流動(dòng)通道4通過排氣口6排出。
排氣口6的布置使排出的空氣的流動(dòng)方向7與激光束3成銳角而對準(zhǔn)物體2的表面。
流動(dòng)通道4彎曲成環(huán)狀，并同心地圍繞激光束3布置，而排氣口6圍繞激光束徑向?qū)ΨQ地分布，因此流動(dòng)方向7總體上大致形成一個(gè)圓錐面，其中心有激光束3通過。
流動(dòng)通道4離物體2的距離應(yīng)使這個(gè)圓錐面的頂點(diǎn)大致與激光束3在物體2上的交點(diǎn)重合。
因此流動(dòng)方向7大致與激光束3在物體2上的交點(diǎn)處彼此相遇，并在這種情況下相互產(chǎn)生影響，使流動(dòng)方向7轉(zhuǎn)向、流動(dòng)空氣徑向向外流出，從而使諸如煙塵和剝離下來的組織顆粒等去除廢物由空氣席卷，并隨空氣沿徑向排出。
另外還可以因此使去除產(chǎn)物不橫向穿過激光束3，因此激光照射強(qiáng)度也不會(huì)受到損害。
此外，本發(fā)明還規(guī)定，空氣供給機(jī)構(gòu)與向流動(dòng)通道4導(dǎo)入空氣的空調(diào)機(jī)構(gòu)相連接。空調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為能夠影響空氣的溫度和相對濕度。此外，還有在去除過程開始前能夠預(yù)先調(diào)節(jié)溫度值、相對濕度值以及每單位時(shí)間內(nèi)的空氣供給量的機(jī)構(gòu)。因此無論是空氣供給機(jī)構(gòu)還是空調(diào)機(jī)構(gòu)都具有輸入命令的機(jī)構(gòu)，例如配備了按鍵、開關(guān)或旋鈕等控制零件。這種空氣供給機(jī)構(gòu)和空氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的輸入機(jī)構(gòu)都是現(xiàn)有技術(shù)所公開的，在此不再贅述。
如果例如采用激元-激光器、最好是能發(fā)出波長為193納米、非常敏感的激光的MEL 70G-Scan型激光器，則本發(fā)明可以通過預(yù)選來使溫度為37℃、相對空氣濕度約為100％和流速約為0.5米/秒，使去除期間去除部位附近的空氣調(diào)節(jié)環(huán)境條件保持在較窄的范圍內(nèi)不變，因此也保證了去除速度相對不變，從而在造型時(shí)最大程度地達(dá)到所需的精度。
另外，無論是空氣供給機(jī)構(gòu)，還是空調(diào)機(jī)構(gòu)都配備有保持預(yù)選數(shù)值不變的機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)保持空氣的溫度、濕度以及流動(dòng)速度不變。同樣，這些機(jī)構(gòu)都是現(xiàn)有技術(shù)所公開的，因此在此不再贅述。
圖2表示本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例，除管形流動(dòng)通道4以外，還有另外的一個(gè)管形流動(dòng)通道8，它與流動(dòng)通道4一樣，圍繞激光束3環(huán)行布置，但是比流動(dòng)通道4距物體2更遠(yuǎn)，并且與流動(dòng)通道4不同，不是與導(dǎo)入空氣的空氣供給機(jī)構(gòu)相連，而是與一個(gè)抽吸機(jī)構(gòu)(圖中未表示出)相連。該抽吸機(jī)構(gòu)通過一個(gè)軟管(同樣圖中未表示出)和一個(gè)連接管9與流動(dòng)通道8相連。
流動(dòng)通道8具有進(jìn)氣口10，該進(jìn)氣口基本上與流動(dòng)通道4的排氣口的布局相同。
當(dāng)這種布置起作用時(shí)，則形成圍繞激光束3的環(huán)形空氣流，它先從流動(dòng)通道4的排氣口6出來并對準(zhǔn)物體2，然后從物體2對準(zhǔn)流動(dòng)通道8的進(jìn)氣口10。
與圖1的變型方案不同，這種裝置的任務(wù)是，不是將去除廢物從激光束3徑向地向外排走，而是(大致與激光束3相反的方向)經(jīng)過進(jìn)氣口10進(jìn)入流動(dòng)通道8，再由那里排往抽吸機(jī)構(gòu)。這樣就使得去除廢物(煙塵、組織顆粒)不能橫向穿過激光束3，此外也不會(huì)污染去除部位處的環(huán)境，不產(chǎn)生令工作人員討厭的氣味。
此處規(guī)定空氣以預(yù)先規(guī)定保持不變的溫度、相對濕度和流速由排氣口6排出，并以這種方式保證了物體2處規(guī)定的空氣調(diào)節(jié)條件。
與此相反，在所述裝置另一個(gè)布置方案中使去除期間空氣的溫度和濕度值以及其流速不保持為常數(shù)，而是安裝測量值傳感器來測量去除部位附近的溫度和濕度值，并通過一個(gè)控制機(jī)構(gòu)與空氣供給機(jī)構(gòu)和空調(diào)機(jī)構(gòu)相連。
因此能夠通過按照所測量的數(shù)值來提高或降低流動(dòng)空氣的溫度或者其相對濕度而對空氣調(diào)節(jié)的環(huán)境條件的實(shí)際變化做出很快的反應(yīng)，從而能夠在很窄的限度內(nèi)抵消熱損失功率的影響。
該測量值傳感器的布置例如表示在圖3中示出。其中為了測量去除部位濕度值例如設(shè)置有一個(gè)散光測量機(jī)構(gòu)，它由一個(gè)激光器二極管11和一個(gè)光電探測器12組成，所述激光器二極管所發(fā)出的在可見光或紅外線光譜范圍內(nèi)的光對準(zhǔn)物體2；光電探測器12接收激光二極管11發(fā)出的激光的反射光，它的輸出信號(hào)作為衡量角膜表面處濕度的尺度。
光電二極管12通過一個(gè)分析和控制電路(未表示出)經(jīng)由信號(hào)路徑13與空調(diào)機(jī)構(gòu)相連。由光電二極管11發(fā)出的激光射線的反射分散強(qiáng)度主要取決于角膜-表面上是否還有濕潤膜、以及已干燥到何種程度。
為了得到去除部位鄰近區(qū)域的溫度值可以應(yīng)用商業(yè)上常用的溫度遙測機(jī)構(gòu)、譬如熱紅外照相機(jī)；同時(shí)對準(zhǔn)它的測量方向，以獲得去除部位的溫度值，并經(jīng)由信號(hào)路徑14傳遞給與空調(diào)機(jī)構(gòu)相連的所述分析和控制電路。
采用本發(fā)明的方法可以在操作區(qū)域、例如在照相反射角膜切除術(shù)時(shí)的待作手術(shù)的眼睛區(qū)域附近采用緊湊的布置，除了將去除廢物吸走以外，還能夠調(diào)節(jié)設(shè)定的溫度和空氣濕度，從而使角膜組織的去除性能保持不變。如詳盡所述，通過在激光操作期間，在操作部位附近規(guī)定流動(dòng)速度的情況下，適當(dāng)?shù)匾牒蛯?dǎo)出被調(diào)溫和調(diào)濕的空氣來調(diào)定空氣溫度和濕度的靜態(tài)平衡。
一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是，在整個(gè)去除過程期間，采用被加熱到體溫左右的飽和空氣和大約為0.5米/秒的較低的流動(dòng)速度進(jìn)行工作。在去除過程開始時(shí)，物體2上存在的濕潤膜主要取決于低的去除速度，但是由于去除期間熱能的釋放引起濕潤膜逐漸被干燥，因此提高去除速度。對此采用前述的方式和方法進(jìn)行克服。
在用激元-激光器作為波長為193納米的發(fā)射源進(jìn)行工作時(shí)，須注意的是，對于這種波長的吸收在水中比在空氣或其它沖刷氣體、例如氮?dú)庵忻黠@要高。由此可明顯看出，需要抵制干燥化，以便保持不變的去除條件。就這方面而言，采用本發(fā)明的裝置能夠成功地對物體(隱形眼鏡或角膜)和其表面處的空氣調(diào)節(jié)的環(huán)境之間的溫度和濕度的平衡進(jìn)行連續(xù)不斷地調(diào)節(jié)。諸如開始存在的較厚的濕潤膜和隨著能量的加入而逐漸干燥等干擾因素，由于采用本發(fā)明推薦的裝置而得到平衡。
圖4表示另一個(gè)實(shí)施方案，它是將空氣調(diào)節(jié)的空氣流7向物體2的表面引入或從物體2的表面導(dǎo)出。由圖4可知，管形流動(dòng)通道1面向物體2的一端是一個(gè)錐形部分16，所述錐形部分具有兩個(gè)同心圍繞激光束3的小室17和18。小室17通入到環(huán)形排氣口19中并與空氣調(diào)節(jié)和供給機(jī)構(gòu)(圖中未表示出)相連，所述機(jī)構(gòu)用來使小室17中的被空氣調(diào)節(jié)的空氣產(chǎn)生超壓。環(huán)形排氣口19的布置是使排出的被空氣調(diào)節(jié)的空氣流7由于超壓而對準(zhǔn)物體2的表面，并在那里反射。
小室18與一個(gè)產(chǎn)生低壓的抽吸機(jī)構(gòu)(圖中未表示出)相連，并具有一個(gè)環(huán)形的進(jìn)氣口20。從物體2表面反射的空氣流7通過該進(jìn)氣口吸入到小室18中，并排往抽吸機(jī)構(gòu)。
為了使小室17與所述空氣調(diào)節(jié)和供給機(jī)構(gòu)相連并使小室18與抽吸機(jī)構(gòu)相連，常常可以采用與連接管相連的軟管。所述空氣調(diào)節(jié)和供給機(jī)構(gòu)以及抽吸機(jī)構(gòu)可以采用商業(yè)上常用的部件，所以在此可不再贅述。
圖4的方案和圖2所示的裝置一樣，可以將去除廢物吸走，而不使其橫向穿過激光束3，從而可以不損害激光照射的強(qiáng)度。物體2的表面由于空氣流7進(jìn)行了空氣調(diào)節(jié)而不會(huì)干燥，因此保證始終不變的去除條件。
權(quán)利要求
1.采用激光照射來去除材料的方法，其中在去除過程期間借助于去除部位上方流過的氣體流使得去除部位和/或它鄰近區(qū)域處的組織的溫度和/或濕度基本上保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，具有不變溫度、不變濕度和不變流動(dòng)速度的空氣流在去除部位的上方流過。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，具有溫度約為37℃、相對濕度約為100％和流動(dòng)速度約為0.5米/秒的空氣流在去除部位的上方流過。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，具有溫度范圍為-20℃到30℃、最好為-8℃、相對空氣濕度范圍為0％到100％、最好為80％、流動(dòng)速度范圍為1米/秒到10米/秒、最好為3米/秒的空氣流在去除部位的上方流過。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，空氣流的流動(dòng)速度和空氣量依據(jù)激光照射的脈沖重復(fù)頻率來決定；在一個(gè)脈沖序列期間所去除的組織在至下一個(gè)脈沖序列開始前的時(shí)間間隔內(nèi)用空氣流帶走，其中最好規(guī)定脈沖重復(fù)頻率為1千赫茲，去除部位的加工面積為8平方毫米，流動(dòng)速度為8米/秒左右，空氣量約為40立方厘米/秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，具有不變溫度、不變濕度含量、但是在去除過程期間流動(dòng)速度逐漸增加的空氣流在去除部位的上方流過。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，具有溫度約為37℃、相對空氣濕度約為100％、流動(dòng)速度在去除開始時(shí)為0.2米/秒、在去除結(jié)束時(shí)增加到10米/秒的空氣流在去除部位的上方流過。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，具有不變流動(dòng)速度的空氣流在去除部位的上方流過，而且在去除過程期間流動(dòng)空氣的溫度提高和/或它的相對空氣濕度降低。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，具有流動(dòng)速度約為0.5米/秒，從10℃增加到42℃的溫度和從100％降低到10％的相對空氣濕度的空氣流在去除部位的上方流過。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度按照預(yù)先給定的進(jìn)程函數(shù)進(jìn)行變化。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度依據(jù)去除期間在去除部位處或其附近處直接測量的溫度和/或濕度值進(jìn)行變化。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，氣體或空氣流在去除部位上方沿著這種方向流過，使得去除期間所形成的廢物、諸如煙塵和組織顆粒由該氣流席卷，并從操作部位處帶走，而且在這種情況下不橫向穿過對準(zhǔn)去除部位的激光束。
13.采用激光照射從物體表面來去除材料的裝置，其中，在去除過程持續(xù)期間空氣流在去除部位的上方流過；設(shè)置用于影響流過去除部位上方空氣的溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度的機(jī)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，設(shè)置用于在去除過程開始前從給定的數(shù)值范圍內(nèi)預(yù)選溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度的機(jī)構(gòu)，并存在使預(yù)選數(shù)值在去除過程期間保持不變的機(jī)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的裝置，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)用于使溫度保持約為37℃、相對空氣濕度保持約為100％和流動(dòng)速度保持約為0.5米/秒不變。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，設(shè)置用于在去除過程期間使流過去除部位上方的空氣的溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)發(fā)生變化的機(jī)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)與控制電路相連，通過所述控制電路使去除過程期間的溫度、空氣濕度和/或流動(dòng)速度根據(jù)預(yù)先給定的進(jìn)程函數(shù)進(jìn)行變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，設(shè)置用于測量去除部位臨近部位的溫度和/或濕度值的測量值傳感器，并通過處理機(jī)構(gòu)與控制電路相連，通過所述電路根據(jù)測量值來改變溫度、相對空氣濕度和/或流動(dòng)速度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在去除過程期間使溫度在10℃到42℃的數(shù)值范圍內(nèi)發(fā)生變化，相對空氣濕度在100％到10％的數(shù)值范圍內(nèi)發(fā)生變化和/或流動(dòng)速度在0.2米/秒到10米/秒的數(shù)值范圍內(nèi)發(fā)生變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，存在一個(gè)與控制電路相連的空氣加熱機(jī)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，存在一個(gè)與控制電路相連的空氣加濕機(jī)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，所述空氣加濕機(jī)構(gòu)設(shè)有一個(gè)霧化器、最好是超聲波霧化器，所述霧化器每分鐘將0.5毫升至2毫升的水霧化為尺寸小于4微米的液滴。
23.根據(jù)權(quán)利要求13至22中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，存在一個(gè)與控制電路相連的空氣供給機(jī)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其特征在于，通過兩個(gè)沿激光束(3)方向彼此上下布置的、繞激光束環(huán)狀同心設(shè)置的流動(dòng)通道(4、8)來供給空氣并預(yù)先規(guī)定流動(dòng)方向，所述流動(dòng)通道中的一個(gè)設(shè)置有空氣流的排氣口(6)，另一個(gè)設(shè)置有空氣流的進(jìn)氣口(10)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其特征在于，排氣口(6)的定位使得空氣流與激光照射的方向相反。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于，為了測量濕度值設(shè)置了一個(gè)散光測量機(jī)構(gòu)，其中波長在可見光或紅外線光譜范圍內(nèi)的激光束在材料表面處的反射強(qiáng)度用來作為衡量材料表面濕度的尺度。
27.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于，為了無接觸地測量材料表面上的實(shí)際溫度設(shè)置了一個(gè)熱紅外照相機(jī)(14)。
28.根據(jù)權(quán)利要求13至27中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，流來的空氣的方向與去除部位上方的切線成0°至70°的夾角。
29.根據(jù)權(quán)利要求13至28中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，存在一個(gè)用于對準(zhǔn)去除部位的空氣的抽吸機(jī)構(gòu)，其中流出空氣的方向與在去除部位上方的切線成0°至70°的夾角。
30.根據(jù)權(quán)利要求13至29所述的裝置在去除生物組織方面的應(yīng)用，特別是采用由一種激元-激光器發(fā)出的波長為193納米的射線在人眼照相折射角膜切除術(shù)時(shí)去除角膜組織方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助于激光來去除材料的方法及其所屬的裝置。本發(fā)明的任務(wù)是，保證在去除過程之中不僅不污染激光束橫截面，而且使去除部位處的空氣調(diào)節(jié)的環(huán)境條件保持不變。根據(jù)本發(fā)明，借助于沿著規(guī)定方向在去除部位處上方流過的氣體使得在去除部位處的溫度和/或濕度基本上保持不變。在這種情況下，所述氣體以本發(fā)明的不同的方案在除去過程中具有不變的或者變化的溫度、濕度值和流動(dòng)速度。一個(gè)用于實(shí)施所述方法的裝置具有一個(gè)管形通道(1)，通過所述通道的端部出來一束激光束(3)并射到一個(gè)物體(2)的一個(gè)表面上，并在此處去除材料。在這種情況下，從一個(gè)流動(dòng)通道(4)的出口(6)中出來具有限定濕度的、具有溫度的空氣流(7)，該空氣流對準(zhǔn)去除部位，而所述流動(dòng)通道通過一個(gè)連接管(5)與一個(gè)輸送機(jī)構(gòu)相連接。
文檔編號(hào)A61B17/00GK1516565SQ02812002
公開日2004年7月28日 申請日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者M·迪克, J·埃爾布雷希特, E·施羅德, B·賽茨, M 迪克, 祭紫Ｌ, 薜 申請人:卡爾蔡司醫(yī)療技術(shù)股份公司