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Dokumentenidentifikation DE102004026536B4 31.05.2007
Titel Belüftungsvorrichtung für die Bearbeitung optischer Oberflächen mittels UV-Laser
Anmelder Preußner, Paul-Rolf, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Dr.med., 55131 Mainz, DE
Erfinder Preußner, Paul-Rolf, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Dr.med., 55131 Mainz, DE
DE-Anmeldedatum 29.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004026536
Offenlegungstag 29.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse A61F 9/008(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 26/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung, die den Wassergehalt der Luft bei der Photoablation optischer Oberflächen wasserhaltigen Materials mittels UV-Laser konstant hält. Sie wird bevorzugt bei der Excimerlaserchirurgie der menschlichen Hornhaut benötigt.

Stand der Technik

Die Photoablation mit dem UV-Laser wie sie z.B. in der DE 413 84 68 A1 beschrieben ist, wird u.a. zur optischen Korrektur der Oberfläche der menschlichen Hornhaut verwendet. Die Berechnung der Pulsanzahl und der Lokalisation der einzelnen Laserpulse setzt voraus, daß durch jeden Laserpuls das gleiche Materialvolumen abgetragen wird. Diese Bedingung ist aber nicht exakt erfüllt. Zum einen ändert sich die Transmission zwischen Laserquelle und Objekt durch das abgedampfte Material des vorangegangenen Pulses. Abgedampftes Wasser beispielsweise reduziert die Transmission deutlich. Das Problem der Transmissionsänderung könnte man dadurch lösen, daß man die Zeit zwischen zwei Pulsen soweit verlängert, daß das abgedampfte Material aus dem Strahlbereich herausdiffundieren kann und/oder dadurch, daß man dieses Material absaugt oder herausbläst. Diese Ansätze sind Stand der Technik. Wenn aber das zu behandelnde Material Wasser enthält, wie etwa die menschliche Hornhaut, verringert man den Wassergehalt sowohl durch Abwarten als auch durch vorbeiströmende Luft, d.h. die Hornhaut trocknet aus. Durch den abnehmenden Wassergehalt des Materials ändern sich aber die Absorptionseigenschaften und damit das pro Laserpuls abgetragene Materialvolumen. Der gleiche Sachverhalt gilt auch für andere wasserhaltige Materialien, deren Oberfläche mittels eines UV-Lasers optisch bearbeitet werden soll, beispielsweise Intraokularlinsen aus wasserhaltigem Acrylat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der sowohl der Wassergehalt des mit dem UV-Laser zu bearbeitenden Materials als auch die Transmissionseigenschaften der Luft zwischen Laserquelle und Objekt möglichst konstant gehalten werden können.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben Ausführung seiten der Erfindung an. Die folgende Darstellung geht davon aus, daß der Laserstrahl annähernd vertikal verläuft und sich die Austrittsöffnung des Lasers oberhalb des zu bearbeitenden Objektes befindet. Das zu bearbeitende Material wird durch mit Wasser gesättigte Luft gespült. Die Spülung erfolgt durch einen ersten, hohlen, horizontal angeordneten Ring, der zum Zentrum weisende Öffnungen aufweist, aus denen die Luft herausströmt. Die Mitte des zu bearbeitenden Objektes befindet sich im Zentrum dieses Ringes. Unmittelbar oberhalb dieses ersten Ringes befindet sich ein zweiter, annähernd gleich großer hohler Ring. Auch dieser hat zum Zentrum weisende Öffnungen, durch die die Luft wieder abgesaugt wird. Die Öffnungen in jedem der beiden Ringe haben konstante Winkelabstände voneinander, und die Anzahl der Öffnungen ist für beide Ringe gleich. Die beiden Ringe sind um ihre gemeinsame Symmetrieachse so gegeneinander verdreht, daß ihre Öffnungen nicht übereinanderliegen. Dadurch bildet sich bei adäquat eingestellter Zu- und Abluftmenge ein stabiler Rotationswirbel aus.

Bevorzugte Ausführung und Ausführungsalternativen

Die Absaugvorrichtung besteht in ihrer bevorzugten Ausführung aus einem dickwandigen Hohlzylinder mit zwei umlaufenden, kreisförmigen Nuten von außen. Diese werden von außen z.B. durch einen weiteren Zylinder verschlossen, so daß zwei ringförmige, übereinanderliegende Hohlräume entstehen.

Durch Bohrungen werden diese Hohlräume mit dem Innenbereich des Hohlzylinders verbunden. Außerdem wird jeder der Hohlräume nach außen mit einem Anschlußstutzen für je einen Schlauch versehen. Für die Photoablation optischer Oberflächen, beispielsweise der menschlichen Hornhaut, ist es wesentlich, daß die Strahlrichtung des Lasers und somit die Achse des Hohlzylinders vertikal verläuft, denn das beim Ablationsvorgang entstehende Plasma bewegt sich aus thermischen Gründen nach oben. Weicht die Richtung des Laserstrahls wesentlich von der Vertikalen ab, bewegt sich das abdampfende Plasma nicht in Richtung der optischen Achse der zu bearbeitenden Oberfläche, so daß die Gefahr von Asymmetrien durch asymmetrische Absorption des Laserlichtes besteht.

Der untere ringförmige Hohlraum dient der Belüftung, der obere der Absaugung. Damit wird der „Kamineffekt" unterstützt, der einerseits durch die Bewegung des abdampfenden Plasmas entsteht, andererseits dadurch noch gefördert wird, daß wasserhaltige Luft bei gleichem Druck und gleicher Temperatur leichter ist als trockene.

Der untere Hohlraum ist über seinen Anschlußstutzen mit einem Schlauch und darüber mit einer Pumpe verbunden, die durch ein Wasserbad geleitete Luft in den Hohlraum hineinpumpt. Eine besonders einfache Konstruktion im Sinn eines geschlossenen Kreislaufs ergibt sich, wenn der Auslaßstutzen des oberen Hohlraumes mit dem Ansaugraum der selben Pumpe verbunden wird. Alternativ wird der Auslaßstutzen des oberen Hohlraumes mit einer separaten Absaugpumpe verbunden.

Die Temperatur des Wasserbades, mit dessen Hilfe die Zuluft mit Wasser gesättigt wird, sollte annähernd der des zu bearbeitenden Materials entsprechen. Ist diese, wie im Fall der menschlichen Hornhaut, höher als die Raumtemperatur, kann das Wasserbad mit einer Temperaturregelung versehen werden, die diese höhere Temperatur konstant hält.

Wenn die Öffnungen, aus denen die Luft auf das zu bearbeitende Material strömt, und die Öffnungen, durch die sie wieder abgesaugt wird, nicht übereinanderliegen, sondern im Sinn einer Rotation des oberen gegen den unteren ringförmigen Hohlraum gegeneinander versetzt sind, erhält die Strömungsrichtung der Luft im Bereich des zu bearbeitenden Materials nicht nur eine Vertikalkomponente von unten nach oben, sondern auch eine Rotationskomponente. Diese führt zur Ausbildung eines stabilen, stationären Rotationswirbels. Die genauen Bedingungen hierfür können durch Variation der Luftmenge pro Zeit, der Zahl und Größe der Ein- und Austrittsöffnungen und der Rotation des oberen gegen den unteren Ring experimentell optimiert werden.


Anspruch[de]
Belüftungsvorrichtung für die UV-Laser-Photoablation wasserhaltigen Materials, bestehend aus

• einem ersten, horizontal angeordneten hohlen Ring, in dessen Zentrum sich das zu bearbeitende Material befindet, und aus dem wassergesättigte Luft aus zum Ringzentrum weisenden Öffnungen austritt,

• einem zweiten, horizontal angeordneten hohlen Ring, von etwa gleicher Größe wie der erste, der die selbe Achse wie der erste hat und sich oberhalb dessen befindet, und der ebenfalls zum Ringzentrum weisende Öffnungen hat, durch die die Luft wieder abgesaugt wird,

• einer oder zwei Pumpen für die Bewegung der Zu- und Abluft,

• einem Wasserbad, durch das die Zuluft geleitet wird, um sie mit Wasser zu sättigen, das annähernd die Temperatur des zu bearbeitenden Materials hat.
Belüftungsvorrichtung für die UV-Laser-Photoablation wasserhaltigen Materials nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zahl der Lufteintrittsöffnungen des ersten Ringes gleich der der Luftaustrittsöffnungen des zweiten Ringes ist, sowie dadurch, daß alle Luftein- und austrittsöffnungen der Ringe von ihren Nachbaröffnungen jeweils den gleichen Abstand haben, und dadurch, daß die Luftaustrittsöffnungen des zweiten Ringes sich nicht genau oberhalb der Lufteintrittsöffnungen des ersten Ringes befinden. Belüftungsvorrichtung für die UV-Laser-Photoablation wasserhaltigen Materials nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für das Wasserbad Mittel zum Konstanthalten der Temperatur vorgesehen sind.






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