压电电机在准分子激光和飞秒激光矫正手术的应用

人类是视觉动物，换句话说，我们从视觉来获取大部分信息，因此，视觉对我是非常重要的。自13世纪以来，用光学眼镜来矫正视力缺陷。角膜“成形”手术临床研究始于20世纪30年代。如今，不同的激光手术已经建立起来，通过改变角膜曲率以矫正视力。它们都有一个共同的决定因素：需要高精度定位系统的激光束控制和聚焦。基于压电电机的解决方案在矫正手术有较大的优势，压电电机能在高精度情况下的工作，速度快，可靠，差异化和紧凑的设计可以很好地集成在当今的激光系统中。

屈光手术

目前，屈光手术可以矫正屈光不正，矫正范围可达高2μ。通过用激光束去除小的角膜颗粒，在光轴上模拟角膜的形状，从而使角膜（上皮）的折射率与眼球的长度再次匹配。

激光原位角膜磨镶术（epi-lasik），首先用显微角化术（机械制备手术刀）对上皮细胞制备，由此产生的薄角膜瓣被抬到一边，治疗区的角膜顶部细胞层也可以用刮刀（prk=光折变角膜切除术）的形式，以一个小的特殊仪器移除。所谓的lasek（激光辅助下上皮下角膜磨镶术）中，角膜表面用“刮痕环”穿孔，然后用弱酒精溶液短暂湿润以进行消融，然后用手小心地推到一边，只有这样才能进行真正的激光治疗。

准分子激光和飞秒激光

两种不同的激光类型用于这些操作：准分子激光和飞秒激光。后者在红外范围内工作，在飞秒范围内（飞秒为10-15秒）发出持续时间的光脉冲。激光能量不是在角膜表面释放，而是在角膜内部以预定的深度释放，持续数飞秒。这样，组织就可以非常精确地切割，而且几乎不产生热量。例如，在上述lasik方法中使用该方法来移除薄角膜瓣，飞秒也可用于为角膜隧道内植入晶体物，如人工晶状体。

然而，飞秒不能纠正屈光不正，这是通过准分子激光完成的。它发出紫外线，激光束的能量直接在角膜表面释放。激光束只穿透角膜的一个微米宽的组织层，并在那里蒸发组织。角膜的形状非常精确，可以矫正近视、远视或散光。因此，激光束的精确定位或对激光束的快速精确控制对所用的两台激光器都是极其重要的。当使用准分子激光时，系统中集成眼动跟踪器监测眼睛的位置，并相应地调整光束的位置，反应时间小于10毫秒，同时引导激光 。

偏转技术

偏转技术，如检流计扫描仪，通常基于感应原理，原则上适用于人眼的这种高精度应用，但也有缺点。为了能够在两个轴上定位，必须连续切换两个系统，换句话说，它们必须堆叠，这就产生了不同的支点，空间需求相对较大。

压电驱动的倾斜/倾斜反射镜系统

压电驱动的倾斜/倾斜反射镜系统不仅能提供手术所需的精度，而且还提供紧凑的尺寸、高加速度和巨大的动态带宽。不仅涵盖了这一领域的特殊要求，而且还可以很容易地集成到激光系统中。它们允许高达120 mrad的光学偏转面积、非常快速的响应行为（1 ms至10 ms）以及纳米弧度范围内的位置分辨率。

压电执行机构为这些单、二、三轴系统提供驱动力，利用压电效应的驱动器在亚纳米范围内以高分辨率移动，具有高动态和高达几千赫兹的扫描频率。这种运动基于晶体效应，没有旋转部件，也没有任何摩擦；因此，压电驱动器实际上是免维护和无磨损的。对于电子学来说，压电驱动器在静态运行时会产生电容性负载，并且不会消耗任何功率。在倾斜/倾斜后视镜系统中，它们直接作用于后视镜平台或通过挠性接头作用于后视镜平台。由于没有使用传动蜗杆或齿轮等中间元件，因此它们没有齿隙。

对于具有多个运动轴的倾斜/倾斜反射镜系统，压电驱动用于并联运动学定位系统。与串行系统相比，这种结构具有许多优点。例如，只有一个具有共同支点的移动平台，动力学更高，尺寸更小。此外，与连续切换两个单轴系统（例如振镜）相比，该系统的线性度更高。集成的高分辨率位置传感器确保在整个行程范围内具有高于0.25%的高线性值，弧度重复性高达5μ。

结论

压电电机将电能直接转换为机械能，并允许在亚纳米范围内无摩擦工作运动，具有较高分辨率，这些特性将高精密运动和定位变为现实。