DE102013114773A1 - Device for transmitting energy by means of laser radiation - Google Patents
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Abstract
Um bei einer Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfassend eine Sendeeinheit, von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft, die Betriebssicherheit zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass eine Hüllraumüberwachung vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.In a device for transmitting energy by means of laser radiation, comprising a transmitting unit, from which a targeted directed to a receiving unit energy transmitting laser beam propagates, wherein the transmitting unit and the receiving unit are aligned relative to each other so that the emanating from the transmitting unit laser beam always on the Receiving unit impinges to improve the reliability, it is proposed that a Hüllraumüberwachung is provided which checks a running around the energy transmitting laser beam around enveloping space with respect to a present in the Hüllraum foreign object and that the Hüllraumüberwachung generates a shutdown signal when detecting such a foreign object in the envelope space which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, umfassend eine Sendeeinheit, von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft. The invention relates to a device for transmitting energy by means of laser radiation, comprising a transmitting unit, from which a selectively directed to a receiving unit energy-transmitting laser beam propagates, wherein the transmitting unit and the receiving unit are aligned relative to each other so that the emanating from the transmitting unit laser beam always impinges on the receiving unit.
Derartige Einrichtungen zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung sind bekannt. Such devices for the transmission of energy by means of laser radiation are known.
Das Problem derartiger Einrichtungen besteht darin, diese ausreichend sicher betreiben zu können, da jeder Kontakt eines Fremdobjekts mit dem energieübertragenden Laserstrahl entweder zur Schädigung des Fremdobjekts oder zu einer Schädigung anderer Fremdobjekte führen kann. The problem with such devices is that they can be operated with sufficient reliability, since any contact of a foreign object with the energy-transmitting laser beam can either lead to damage to the foreign object or damage to other foreign objects.
Unter einem Fremdobjekt ist dabei jedes Objekt, sei es ein Lebewesen oder ein Gegenstand, zu verstehen, welches nicht Teil der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist. A foreign object is any object, be it a living being or an object, to be understood, which is not part of the device for the transmission of energy by means of laser radiation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit derartiger Einrichtungen zu verbessern. The invention is therefore based on the object to improve the reliability of such devices.
Diese Aufgabe wird bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Signal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.This object is achieved in one embodiment of the invention in that a Hüllraumüberwachung is provided which checks a running around the energy-transmitting laser beam around enveloping space with respect to a present in the Hüllraum foreign object and that the Hüllraumüberwachung generates a signal when detecting such a foreign object in the envelope space which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass somit ein Kontakt zwischen dem Fremdobjekt und dem energieübertragenden Laserstrahl verhindert werden kann und somit daraus resultierende Schäden nicht entstehen können.The advantage of this solution is the fact that thus a contact between the foreign object and the energy-transmitting laser beam can be prevented and thus resulting damage can not arise.
Die Hüllraumüberwachung kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. The Hüllraumüberwachung can be designed in a variety of ways.
Eine Art der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass diese den Hüllraum im Hinblick auf ein in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht. One type of Hüllraumüberwachung provides that this monitors the Hüllraum with respect to a occurred in the Hüllraum foreign object.
Dabei ist es insbesondere unerheblich, in welcher Weise das Fremdobjekt in den Hüllraum eingetreten ist. It is irrelevant, in particular, in which way the foreign object has entered the envelope space.
Die Hüllraumüberwachung stellt in diesem Fall somit fest, ob ein fremdobjektfreier Ausgangszustand verändert wurde und diese Veränderung des Ausgangszustands wird einem Eintreten eines Fremdobjekts zugeordnet. In this case, the envelope monitoring thus determines whether a foreign-object-free initial state has been changed, and this change in the initial state is assigned to the occurrence of a foreign object.
Eine andere Möglichkeit der Konzeption der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst, das heißt, dass die Hüllraumüberwachung primär darauf abstellt, dass sich das Fremdobjekt bewegt. Another possibility of designing the envelope space monitoring provides that the envelope space monitoring detects the envelope space with regard to a foreign object moving in the envelope space, that is to say that the envelope space monitoring primarily focuses on the fact that the foreign object moves.
Hinsichtlich der Ausbildung des Hüllraums wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen keine näheren Angaben gemacht. With regard to the formation of the Hüllraums no further details have been made in connection with the previous explanation of the individual embodiments.
So könnte der Hüllraum sich nur über einen Teilbereich der Längserstreckung des Laserstrahls ausdehnen. Thus, the envelope could extend only over a portion of the longitudinal extent of the laser beam.
Eine besonders sichere Lösung sieht jedoch vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt. A particularly secure solution, however, provides that the enveloping space extends along the entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
Damit ist der gesamte Verlauf des Laserstrahls durch die Überwachung des Hüllraums abgesichert. Thus, the entire course of the laser beam is protected by monitoring the envelope space.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht. In particular, it is provided that the Hüllraumüberwachung monitors the envelope space along an entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
Die Hüllraumüberwachung könnte dabei in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. The Hüllraumüberwachung could be done in different ways.
Beispielsweise wäre eine Hüllraumüberwachung mit Ultraschall denkbar. For example, a Hüllraumüberwachung with ultrasound would be conceivable.
Eine besonders günstige Lösung, die insbesondere eine präzise auswertbare und schnelle Erfassung eines Fremdobjekts gewährleistet, sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht. A particularly favorable solution, which ensures in particular a precisely evaluable and rapid detection of a foreign object, provides that the Hüllraumüberwachung visually monitors the envelope space.
Eine besonders zweckmäßige Art der Überwachung des Hüllraums sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit einem Detektor detektiert, wobei insbesondere ein Fremdobjekt die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung verhindert oder verändert, was durch den Detektor erfasst wird. A particularly expedient manner of monitoring the enveloping space provides that the enveloping space monitoring detects electromagnetic radiation propagating through the enveloping space with a detector, wherein in particular a foreign object prevents or alters the propagation of the electromagnetic radiation, which is detected by the detector.
Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert. Appropriately, it is provided that the Hüllraumüberwachung at least one of Transmitter unit and / or the receiving unit associated detector element which detects coming from the receiving unit and / or the transmitting unit electromagnetic radiation.
Das heißt, dass die elektromagnetische Strahlung zumindest den Hüllraum von der Empfangseinheit zur Sendeeinheit oder von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit durchläuft. This means that the electromagnetic radiation passes through at least the enveloping space from the receiving unit to the transmitting unit or from the transmitting unit to the receiving unit.
Dabei kann die elektromagnetische Strahlung durch eine Hintergrundbeleuchtung oder eine externe Lichtquelle erzeugt werden. In this case, the electromagnetic radiation can be generated by a backlight or an external light source.
Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht jedoch vor, dass die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes erzeugt. However, a particularly expedient solution provides that the Hüllraumüberwachung generates the electromagnetic radiation in the form of a radiation field.
Bei diesen vorstehend beschriebenen Lösungen kann dabei das zu detektierende Strahlungsfeld unterschiedlich ausgebildet sein. In the case of these solutions described above, the radiation field to be detected can be designed differently.
Eine Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist. One possibility provides that the radiation field to be detected is a non-coherent radiation field.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist. Another possibility provides that the radiation field to be detected is a coherent radiation field.
Das Strahlungsfeld lässt sich dabei in unterschiedlichster Art und Weise realisieren. The radiation field can be realized in a variety of ways.
Beispielsweise könnte das Strahlungsfeld ein den Hüllraum insbesondere in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzendes Strahlungsfeld sein, welches quer zur Längsrichtung zusammenhängend, das heißt unterbrechungsfrei, ausgebildet ist. By way of example, the radiation field could be a radiation field penetrating the enveloping space, in particular in its longitudinal direction extending approximately parallel to the energy-transmitting laser beam, which radiation field is continuous, that is, uninterrupted, transversely to the longitudinal direction.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst. Another advantageous solution provides that the radiation field comprises individual radiation field bundles penetrating the envelope space in its longitudinal direction extending approximately parallel to the energy-transmitting laser beam.
In diesem Falle ist insbesondere vorgesehen, dass jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet ist. In this case, provision is made in particular for each radiation field bundle to be formed by a laser radiation field.
Unter einem näherungsweise zum energieübertragenden Laserstrahl parallelen Verlauf der Längsrichtung ist dabei ein Verlauf zu verstehen, der mit dem Laserstrahl maximal einen Winkel von 10° einschließt. An approximately parallel to the energy-transmitting laser beam parallel course of the longitudinal direction is to be understood a course that includes at most an angle of 10 ° with the laser beam.
Hinsichtlich der Anordnung der Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar.With regard to the arrangement of the radiation source for generating the electromagnetic radiation, a wide variety of solutions are conceivable.
Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist. An advantageous solution provides that a radiation source is assigned to the transmitting unit and / or the receiving unit.
Vorzugsweise ist dabei eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit der Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit verbunden. Preferably, a radiation exit unit is rigidly connected to the emission optics of the transmitting unit and / or the beam receiving optics of the receiving unit.
Eine hinsichtlich der Überwachung des Hüllraums besonders zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert. A solution which is particularly expedient with respect to the monitoring of the enveloping space provides that the receiving unit and / or the transmitting unit is assigned a reflector for electromagnetic radiation coming from the transmitting unit and / or the receiving unit and passing through the enveloping space, which reflects them back parallel to the direction of incidence.
Ein derartiger Reflektor hat den Vorteil, dass sowohl die Strahlungsquelle als auch der mindestens eine Detektor entweder an der Sendeeinheit oder der Empfangseinheit angeordnet werden können und die jeweils andere Einheit, das heißt die Empfangseinheit oder die Sendeeinheit lediglich den Reflektor aufweist, so dass die elektromagnetische Strahlung den Hüllraum in der Längsrichtung zweifach durchsetzt. Such a reflector has the advantage that both the radiation source and the at least one detector can be arranged either on the transmitting unit or the receiving unit and the respective other unit, that is, the receiving unit or the transmitting unit has only the reflector, so that the electromagnetic radiation twice penetrated the envelope in the longitudinal direction.
Dabei kann die Reflektoreinheit als einfacher Spiegel ausgebildet sein. In this case, the reflector unit may be formed as a simple mirror.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Reflektoreinheit Retroreflektoren umfasst, die aus jeder Einfallsrichtung die elektromagnetische Strahlung entgegengesetzt zu ihrer Einfallsrichtung zurückreflektieren. A particularly advantageous solution provides that the reflector unit comprises retroreflectors, which reflect back the electromagnetic radiation opposite to their direction of incidence from any direction of incidence.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen ist, welche sicherstellt, dass der energieübertragende Laserstrahl stets die Empfangseinheit, insbesondere die Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit, trifft, so dass Fehlausrichtungen des energieübertragenden Laserstrahls relativ zur Empfangseinheit zumindest schnell erkannt, oder noch besser vermieden werden können. A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the device is provided with a target monitoring, which ensures that the energy-transmitting laser beam always the receiving unit, in particular the beam receiving optics of the receiving unit, so that misalignments of the energy-transmitting laser beam relative to the receiving unit detected at least quickly , or even better, can be avoided.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Zielüberwachung ein der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal vergleicht und daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls ermittelt und folglich bei diesem Vergleich erkennt, ob eine Fehlausrichtung vorliegt oder nicht. In particular, it is provided that the target monitoring compares an intensity signal of the energy-transmitting laser beam in the transmitting unit proportional intensity signal with an intensity of the energy-transmitting laser beam in the receiving unit proportional intensity signal and determines a target orientation of the energy-transmitting laser beam and thus detects in this comparison, whether a misalignment present or not.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zielerfassung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches die Sendeeinheit veranlasst, das Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls zu unterbinden. In particular, it is provided that the target detection generates a shutdown signal in the event of a misalignment, which causes the transmitting unit to prevent the transmission of the energy-transmitting laser beam.
Somit dient auch eine derart beschriebene Zielerfassung dazu, die erfindungsgemäße Einrichtung mit größtmöglicher Sicherheit zu betreiben. Thus, a target detection described in this way serves to operate the device according to the invention with the greatest possible safety.
Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabe, die alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen eingesetzt werden kann, und zur Erhöhung der Sicherheit beiträgt, sieht vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung überwacht ist. A further advantageous solution of the object, which can be used as an alternative or in addition to the solutions described above, and contributes to the increase of safety, provides that an operating space receiving the device is monitored by an operating room monitoring detecting a moving foreign object.
Mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung besteht die Möglichkeit, Fremdobjekte zu erkennen und deren Bewegungen in dem Betriebsraum zu erfassen. With such an operating room monitoring it is possible to detect foreign objects and to record their movements in the operating room.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung zu erfassen, ob sich beispielsweise ein Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der Empfangseinheit oder von diesen weg bewegt. In particular, it is possible to detect with such an operating room monitoring whether, for example, a foreign object moves in the direction of the energy-transmitting laser beam or in the direction of the transmitting unit or in the direction of the receiving unit or away from it.
Eine derartige Betriebsraumüberwachung kann ebenfalls in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. Such operation space monitoring can also be done in a variety of ways.
Beispielsweise sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Betriebsraumüberwachung in herkömmlicher Weise mit Ultraschall arbeitet und dadurch den Betriebsraum überwacht.For example, an advantageous solution provides that the operating room monitoring operates in a conventional manner with ultrasound and thereby monitors the operating room.
Eine, den Betriebsraum im Hinblick auf ein Fremdobjekt präziser überwachende Lösung, sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung ein den Betriebsraum erfassendes Kamerasystem umfasst, so dass mittels einer Bildauswertung der von dem Kamerasystem aufgenommenen Bildern die Möglichkeit besteht, einerseits Fremdobjekte zu identifizieren und andererseits Bewegungen der Fremdobjekte zu erfassen. A solution which more precisely monitors the operating room with regard to a foreign object, provides that the operating room monitoring system includes a camera system which records the operating room, so that the images recorded by the camera system can be identified by means of image evaluation on the one hand to identify foreign objects and on the other hand to move the foreign objects capture.
Dabei ist es denkbar, dass das Kamerasystem den Betriebsraum als Ganzes erfasst. It is conceivable that the camera system captures the operating room as a whole.
Eine andere Vorgehensweise sieht vor, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst. Another procedure provides that the camera system records individual sections of the operating room in chronological succession.
Dabei besteht beispielsweise die Möglichkeit, selektiv sicherheitsrelevante Teilbereiche des Betriebsraums zu erfassen und andere Teilbereiche zu ignorieren. In this case, for example, it is possible to selectively record safety-relevant subareas of the operating room and to ignore other subareas.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Teilbereiche mit höherer Präzision oder mit größerer Häufigkeit zu erfassen als andere, weniger sicherheitsrelevante Teilbereiche. However, it is also possible to detect safety-relevant subareas with higher precision or with greater frequency than other, less safety-relevant subareas.
Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, den gesamten Betriebsraum dadurch zu erfassen, dass sämtliche Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst werden.In particular, it is also possible to detect the entire operating space by recording all partial areas of the operating room in chronological succession.
Vorzugsweise lässt sich die Betriebsraumüberwachung derart betreiben, dass sie beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. Preferably, the operating room monitoring can be operated in such a way that when a foreign object moving in the operating room is detected, it generates a switch-off signal which prevents an exit of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Es ist aber auch möglich, beim Erfassen eines Fremdobjekts im Betriebsraum dessen Bewegungsprofil zu ermitteln und das Abschaltsignal nur dann zu erzeugen, wenn sich das Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der Empfangseinheit bewegt.However, it is also possible to determine when detecting a foreign object in the operating room whose motion profile and to generate the shutdown signal only when the foreign object moves in the direction of the energy transmitting laser beam or in the direction of the transmitting unit or in the direction of the receiving unit.
Die Betriebsraumüberwachung könnte dabei nach definierten Zeitintervallen oder nach einzeln vorgebbaren Zeitintervallen erfolgen. The operating room monitoring could take place after defined time intervals or individually specifiable time intervals.
Um ein möglichst hohes Sicherheitsniveau zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht. In order to achieve the highest possible level of safety, it is preferably provided that the operating room monitoring constantly monitors the operating room during the energy transmission by the laser beam.
Alternativ oder ergänzend zu den eingangs beschriebenen Ausführungsformen sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zur Lösung der Aufgabe vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die Empfangseinheit in einem Betriebsraum angeordnet sind, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen ist.Alternatively or in addition to the embodiments described above, a further advantageous embodiment provides for the solution of the problem that the transmitting unit, the energy-transmitting laser beam and the receiving unit are arranged in an operating room, which is enclosed by an active laser protection wall system.
Unter einem aktiven Laserschutzwandsystem ist dabei zu verstehen, dass ein derart aktives Laserschutzsystem bei Beaufschlagung durch einen energiereichen Laserstrahl aktiv ein diese Beaufschlagung anzeigendes Signal erzeugt. An active laser protection wall system is to be understood as meaning that such an active laser protection system actively generates a signal indicating this application when acted upon by a high-energy laser beam.
Insbesondere umfasst ein derartiges Laserschutzwandsystem mehrere Wandelemente, wobei bei Beaufschlagung eines der Wandelemente des Laserschutzwandsystems durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. In particular, such a laser protective wall system comprises a plurality of wall elements, wherein upon exposure of one of the wall elements of the laser protective wall system by a high-energy laser beam, the laser protective wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
Ein energiereicher Laserstrahl ist dabei ein Laserstrahl, der durch Fehlausrichtung oder jede Art von Umlenkung, wie z.B. Reflexion, Beugung etc., des energieübertragenden Laserstrahls entsteht. An energy-rich laser beam is a laser beam that is due to misalignment or any kind of deflection, such as reflection, diffraction, etc., of the energy-transmitting laser beam is formed.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt. In particular, it is provided that the laser protective wall system encloses the entire operating space.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Laserschutzwandsystems mit ungefähr vertikal verlaufenden Wandelementen den Betriebsraum umschließt. It can be provided that the laser protective wall system encloses the operating space with approximately vertically extending wall elements.
Es ist aber auch denkbar, dass das Laserschutzwandsystem den Betriebsraum zusätzlich mit horizontal verlaufenden Wandelementen, insbesondere mit Deckenelementen und/oder Bodenelementen, umschließt. However, it is also conceivable that the laser protective wall system additionally encloses the operating room with horizontally extending wall elements, in particular with ceiling elements and / or floor elements.
Alternativ oder ergänzend zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die eingangs genannte Aufgabe auch bei einer Einrichtung zur Energieübertragung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet ist. As an alternative or in addition to the previously described embodiments, the object mentioned at the outset is also achieved in a device for energy transmission according to the invention by arranging the operating room with the transmitting unit and the receiving unit in an enclosure.
Eine derartige Einhausung ist beispielsweise so ausgebildet, dass sie gebäudeübliche Trennwände umfasst. Such an enclosure, for example, is designed so that it includes building conventional partitions.
Eine derartige Einhausung kann jedoch in der Regel nicht dazu dienen, energiereiche Laserstrahlung über längere Zeiträume aufzunehmen und zu absorbieren, sondern lediglich dazu, ein Eintreten von Fremdobjekten in den Betriebsraum zu verhindern. However, such an enclosure can not usually serve to absorb and absorb high-energy laser radiation for long periods of time and only to prevent the entry of foreign objects into the operating room.
Um jedoch auch das Auftreffen von energiereicherer Laserstrahlung auf der Einhausung zu verhindern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt, so dass zwischen dem Betriebsraum und der Einhausung das Laserschutzwandsystem wirksam ist.However, in order to prevent the impact of high-energy laser radiation on the housing is preferably provided that the housing surrounds a laser protective wall system on a side facing away from the operating room, so that between the operating room and the enclosure, the laser protective wall system is effective.
Damit mit der Einhausung die Möglichkeit besteht, das Eintreten von Fremdobjekt in den Betriebsraum zu erfassen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung mit einem überwachten Zugang zu versehen ist.In order for the enclosure to be able to detect the entry of foreign objects into the operating room, it is preferably provided that the enclosure is to be provided with a monitored access.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekte durch eine Zugangsüberwachung erfasst werden. In particular, it is provided that foreign objects passing through the access are detected by access control.
Eine derartige Zugangsüberwachung erfasst jedes sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekt. Such access control detects each foreign object moving through the access.
Insbesondere sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels des energieübertragenden Laserstrahls und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. In particular, an advantageous solution provides that the access monitoring during energy transmission by means of the energy-transmitting laser beam and detected by the access monitoring, passing through the access foreign object generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Hinsichtlich der Umsetzung der Abschaltsignale bei allen vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiel wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to the implementation of the shutdown signals in all the embodiments described above, no further details have been given so far.
So sieht eine zweckmäßige Lösung vor, dass bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert. Thus, an expedient solution provides that in the presence of a switch-off signal, a control unit assigned to the transmission unit prevents further transmission of the energy-transmitting laser beam by the transmission unit.
Ein derartiges Verhindern des Aussendens des energieübertragenden Laserstrahls kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. Such a prevention of the emission of the energy-transmitting laser beam can be carried out in various ways.
So sieht eine Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine Pumpeinheit für die Laserstrahlungsquelle abschaltet. Thus, one possibility provides for the control unit to switch off a pump unit for the laser radiation source.
Alternativ oder ergänzend sieht eine andere Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine optische Verstimmung der Laserstrahlungsquelle veranlasst.Alternatively or additionally, another possibility provides that the control unit causes an optical detuning of the laser radiation source.
Eine weitere alternativ oder ergänzende Lösung sieht vor, dass die Steuereinheit durch ein optisches Element die Rückreflexion des energieübertragenden Laserstrahls oder eine Umlenkung des energieübertragenden Laserstrahls in einen Sumpf veranlasst, so dass dieser die Sendeeinheit nicht verlassen kann. Another alternative or additional solution provides that the control unit causes by an optical element, the back reflection of the energy-transmitting laser beam or a deflection of the energy-transmitting laser beam in a sump, so that it can not leave the transmitting unit.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem bei einem Verfahren zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, bei welchem sich ausgehend von einer Sendeeinheit, ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet werden, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft, dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung durchgeführt wird, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.The object mentioned above is also in a method for transmitting energy by means of laser radiation, in which, starting from a transmitting unit, a targeted directed to a receiving unit energy-transmitting laser beam propagates, wherein the transmitting unit and the receiving unit are aligned relative to each other, that of the Transmitting unit outgoing laser beam always impinges on the receiving unit, achieved by a Hüllraumüberwachung is performed, which checks a running around the energy-transmitting laser beam around enveloping space with respect to an existing in Hüllraum foreign object and that the Hüllraumüberwachung upon detection of such a foreign object in the envelope space a shutdown signal generates, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Weitere Ausbildungen des Verfahrens weisen Merkmale auf, die bereits im Zusammenhang mit der voranstehend erläuterten Einrichtung beschrieben wurden. Other embodiments of the method have features that are already associated with have been described above the device explained above.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht. In particular, it is expedient for the envelope monitoring to monitor the envelope space with regard to a foreign object that has entered the envelope space.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst. Furthermore, it is advantageous if the enveloping space monitoring detects the enveloping space with regard to a foreign object moving in the enveloping space.
Eine zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt. An expedient solution provides that the enveloping space extends along the entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
Damit ist es insbesondere möglich, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht. This makes it possible, in particular, for the envelope monitoring to monitor the envelope space along an entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
Zweckmäßig ist es, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht. It is expedient if the Hüllraumüberwachung visually monitors the envelope space.
Insbesondere ist dies dadurch möglich, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Detektor detektiert. In particular, this is possible because the envelope space monitoring detects electromagnetic radiation propagating through the envelope space with at least one detector.
Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert. For this purpose, it is preferably provided that the enclosure monitoring comprises at least one detector element associated with the transmission unit and / or the reception unit, which detects electromagnetic radiation coming from the reception unit and / or the transmission unit.
Insbesondere erzeugt die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes. In particular, the Hüllraumüberwachung generates the electromagnetic radiation in the form of a radiation field.
Dabei ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist. It is possible that the radiation field to be detected is a non-coherent radiation field.
Alternativ dazu ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.Alternatively, it is possible that the radiation field to be detected is a coherent radiation field.
Eine zweckmäßige Realisierung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst. An expedient realization provides that the radiation field comprises individual radiation field bundles that pass through the enveloping space in its longitudinal direction.
Insbesondere ist dabei jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet. In particular, each radiation field bundle is formed by a laser radiation field.
Bei einer günstigen Realisierung ist vorgesehen, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist. In a favorable implementation, it is provided that a radiation source is assigned to the transmitting unit and / or the receiving unit.
Insbesondere ist eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit einer Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit verbunden. In particular, a radiation outlet unit is rigidly connected to an abstraction of the transmitting unit and / or the beam receiving optics of the receiving unit.
Bei einer günstigen Lösung ist vorgesehen, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert. In a favorable solution it is provided that the receiving unit and / or the transmitting unit is associated with a reflector for coming from the transmitting unit and / or the receiving unit and the envelope space passing electromagnetic radiation, which reflects this back parallel to the direction of incidence.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen wird. An advantageous development provides that the device is provided with a target monitoring.
Insbesondere vergleicht die Zielüberwachung ein der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal und ermittelt daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls. In particular, the target monitoring compares an intensity signal proportional to the intensity of the energy-transmitting laser beam in the transmitting unit with an intensity signal proportional to the intensity of the energy-transmitting laser beam in the receiving unit and determines therefrom a target orientation of the energy-transmitting laser beam.
Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Zielüberwachung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. In this case, provision is expediently made for the target monitor to generate a switch-off signal in the event of a misalignment, which prevents an exit of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
Alternativ oder ergänzend zum vorstehend beschriebenen Verfahren sieht eine weitere Lösung der Aufgabe vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung überwacht wird.As an alternative or in addition to the method described above, a further solution provides for the task that an operating room receiving the device is monitored by an operating room monitoring system detecting a moving foreign object.
Insbesondere wird mit der Betriebsraumüberwachung der Betriebsraum durch ein Kamerasystem erfasst. In particular, with the operating room monitoring the operating room is detected by a camera system.
Dabei wird zweckmäßigerweise mit dem Kamerasystem der Betriebsraum als Ganzes erfasst. In this case, the operating room as a whole is expediently recorded with the camera system.
Es ist aber auch denkbar, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereich des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst. However, it is also conceivable that the camera system records individual subarea of the operating room in chronological succession.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. For example, it is provided that the operating room monitoring generates a switch-off signal upon detection of a foreign object moving in the operating room, which prevents the energy-transmitting laser beam from emerging from the transmitting unit.
Eine Art der Überwachung sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht. One type of monitoring provides that the operating room monitoring constantly monitors the operating room during the energy transmission by the laser beam.
Eine weitere alternative oder ergänzende Lösung zu den vorstehend erläuterten Verfahren sieht vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die Empfangseinheit in einem Betriebsraum arbeiten, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen wird und dass insbesondere das aktive Laserschutzwandsystem mehrere Wandelemente umfasst und dass bei Beaufschlagung eines der Wandelemente durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. A further alternative or supplementary solution to the above-described method provides that the transmitting unit, the energy-transmitting laser beam and the receiving unit work in an operating room, which is enclosed by an active laser protective wall system and in particular the active laser protective wall system comprises a plurality of wall elements and that upon application of a the wall elements by a high-energy laser beam, the laser protective wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
Beispielsweise umfasst das aktive Laserschutzwandsystem mehrere Wandelemente und bei Beaufschlagung eines der Wandelemente wird durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.For example, the active laser protection wall system comprises a plurality of wall elements and when one of the wall elements is energized by a high-energy laser beam laser protection wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy transmitting laser beam from the transmitter unit.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt.An advantageous solution provides that the laser protective wall system encloses the entire operating room.
Beispielsweise werden der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet. For example, the operating room with the transmitting unit and the receiving unit are arranged in an enclosure.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einhausung gebäudeübliche Trennwände umfasst, wobei insbesondere die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt. In this case, it is provided, for example, that the enclosure comprises building-standard partitions, wherein in particular the enclosure surrounds a laser protection wall system on a side remote from the operating room.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Einhausung mit einem überwachten Zugang versehen wird. Appropriately, it is provided that the enclosure is provided with a monitored access.
Zur Verbesserung der Sicherheit wird dem Zugang eine Zugangsüberwachung zugeordnet, welche ein sich durch den Zugang hindurchbewegendes Fremdobjekt erfasst. To improve security, the access is assigned an access control which detects a foreign object moving through the access.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels dem energieübertragenden Laserstrahl und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.In particular, it is advantageous if the access monitoring during energy transmission by means of the energy-transmitting laser beam and a detected by the access monitoring, passing through the access foreign object generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
Zweckmäßigerweise wird bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert. Conveniently, in the presence of a switch-off signal, a control unit associated with the transmitting unit prevents further transmission of the energy-transmitting laser beam by the transmitting unit.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of some embodiments.
In der Zeichnung zeigen: In the drawing show:
Ein in
Die Sendeeinheit
Bei der Sendeeinheit
Dabei kann beispielsweise die Laserstrahlungsquelle
Es ist aber auch denkbar, die Laserstrahlungsquelle
Die Empfangseinheit
Beispielsweise kann der energieübertragende Laserstrahl
Es ist aber auch denkbar, den Konverter
Auch bei der Empfangseinheit
Dabei kann der Konverter
Eine derartige Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist beispielhaft in der
Um sicherzustellen, dass der energieübertragende Laserstrahl
Die Signale ISE und ISS können der Zielerfassungseinheit
Wird eine derartige Einrichtung
Aus diesem Grund ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ein um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufender Hüllraum
Bei dem ersten dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfasst die Hüllraumüberwachung
Um den Hüllraum
Die Gesamtheit der Sensorlaserstrahlen
Die Reflektoreinheit
Beispielsweise kann für jeden der einfallenden Sensorlaserstrahlen
Die Reflektoreinheit
Damit werden die Sensorlaserstrahlen
Eine mit den Detektoren
Dies kann beispielsweise durch Abschalten der Laserstrahlungsquelle
Da die vorstehend beschriebene Überwachung des jeweiligen Sensorlaserstrahls
Mit der Überwachung des Hüllraums
Alternativ oder ergänzend zur Überwachung des Hüllraums
Der Betriebsraum
Dieser gesamte Betriebsraum
Erkennt die Betriebsraumüberwachung
Der Betriebsraum
Um jedoch den Schutz zu verbessern, sieht alternativ oder ergänzend zu den bisherigen Schutzmaßnahmen eine weitere Schutzmaßnahme des ersten Ausführungsbeispiels vor, dass der Betriebsraum
Ein derartiges aktives Laserschutzwandsystem
Eine erste Ausführungsform eines Wandelements
Wird die Leitfähigkeit des Heißleiters
Eine zweite Ausführungsform eines Wandelements
Erfindungsgemäß ist der Betriebsraum
Ergänzend oder alternativ zu den bisher beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ist der Betriebsraum
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind alle Komponenten derselben mit den Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels identisch bis auf die Ausbildung der Retroreflektoreinheit
Diese ist – wie in
Hinsichtlich der übrigen Merkmale wird ferner vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen. With regard to the remaining features, reference is also made in full to the comments on the first exemplary embodiment.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, dargestellt in
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung
Mit den Pixel-Arrays
Das Targetmuster
Sobald die Pixel-Arrays
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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