[发明专利]用于利用聚焦的电磁辐射处理物质的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于利用聚焦的电磁辐射处理物质的装置和方法。

背景技术

特别地，考虑中的装置是光学系统，该光学系统将由例如激光器或LED作为辐射源产生的电磁辐射引导到待处理的物质上或物质内，并且形成和聚焦所述电磁辐射。本文中，物质处理可以是例如对物质的在例如半导体或还在金属物质中执行的那种微范围内的图案设置。特别地，本发明可以用于眼科光学系统，特别地在屈光性角膜手术（如LASIK）中使用。

当通过聚焦的电磁辐射处理物质时，精确地定位焦点（特别地在电磁辐射的方向（通常称为“z方向”））通常具有决定性的重要意义。焦点的位置通常被称为“焦点位置”。该术语不仅涵盖上面介绍的在辐射方向的焦点位置（称为焦点深度），而且更一般地还涵盖聚焦辐射的位置和方向，即作为示例，辐射相对于系统光轴的偏离或相对于系统光轴的角位置。

US2002/0171028描述了一种用于焦点控制的装置，其中使反射光与通过光成像路径的第二光束干涉，并且执行干涉测量和控制。

另外，在US6,666,857B2中，通过干涉波前控制来执行焦点控制。通过自适应镜子的组合来完成在光消融期间对人眼的有效波前控制。

在US2004/0021851中，由激光器和之后的波束成形光学器件组成的光学阵列用于测量未知透镜的焦距。焦距的测量是通过从不同距离处在基准表面上聚焦来执行的。检测辐射的反向反射部分。然后，利用各个距离估算光斑直径。焦距通过“牛顿”关系式Z Z′=f²确定。未详细描述的衍射光栅用于对辐射的反向反射部分进行外耦合。另外，使用琼斯矩阵表达式来计算焦距。该方法具有1%的精度。

WO2007/096136A1描述了一种装置、一种相机和一种计算机，该装置用于检测具有位于待测量的焦点上的部分反射表面的光学系统的焦点位置，该照相机用于拍摄由所述表面反射的图像，该计算机用于估算由照相机拍摄的图像。在聚焦成像系统之前的光学系统的光路中布置光学元件，所述光学元件根据焦点的位置影响所述图像。焦点位置通过聚焦光学器件的元件来控制。

发明内容

下面，将特别地关于所谓的fs-LASIK（飞秒lasik）对本发明进行说明和解释，本发明与其它种类的物质处理相关的应用（在此情况下需要焦点位置的精确控制）类似地产生。

本发明目标是允许在利用聚焦的电磁辐射处理物质时以简单可靠的方式控制（特别地闭环控制）焦点位置。

在一个实施例中，本发明提供一种用于利用聚焦的电磁辐射处理物质的装置，包括：

-发射电磁辐射的源，

-用于引导的模块，将辐射引导到所述物质上，

-用于产生图案的模块，在电磁辐射的光路中产生图案，

-至少部分反射性的表面，位于聚焦的辐射的焦点以前的光路中，所述图案通过所述用于引导的模块和所述聚焦的模块中的至少一部分映像到所述至少部分反射性的表面上，

-至少一个检测器，所述图案的图像被所述表面反射到所述至少一个检测器上并且所述至少一个检测器产生与所述图像相对应的电信号，其中所述图像包含与所述焦点的位置相关的信息，

-计算机，接收所述电信号并且被编制程序来处理所述图像，以便根据焦点位置来产生电信号,以及

-发散调整元件，被布置在所述光路中并且适合于接收所述计算机的所述电信号，以便根据所述信号来改变电磁辐射的发散度。

利用这样的装置，有可能通过发散调整元件控制或以闭环方式控制焦点位置，其中计算机在图像处理期间获得与焦点位置相关的信息，以便如果实际的焦点位置未对应于所期望的正常焦点位置则产生信号，发散调整元件根据此信号将改变光束发散度，使得实际的焦点位置会与正常焦点位置相对应。光束发散度的变化具有的作用是焦点位置会在不需要触动聚焦模块（即狭义的语义上聚焦光学器件）的情况下发生改变。如果光束发散度增大，则焦点向光束方向迁移，如果发散度减小，则焦点会向与光束方向相反的方向迁移。

根据本发明的优选实施例，所述部分反射性的表面被布置在装置中的位置上，在此位置上电磁辐射也朝待处理的物质的方向离开该装置。