DE3143172A1

DE3143172A1 - Sicherheitsvorrichtung zum erfassen von fehlern in einer lichtleitfaser

Info

Publication number: DE3143172A1
Application number: DE19813143172
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Tokyo Doi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1980-11-01
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2493533B1; US4716288A; JPS5777936A; FR2493533A1; JPH033174B2

Description

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HOFFMANN ^: EITLE «Sr PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL-ING.W. EITlE · DR.RER. NAT.K.HOFFMANN · DIPL.-ING.W. LEHN

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEUASTRASSE 4 - D-8000 MÖNCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE)

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Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Sicherheitsvorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einer Lichtleitfaser

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einer Lichtleitfaser für einen Leistungslaser. Die Erfindung ist dazu bestimmt, eine Beschädigung einer optischen Faser zu erfassen, die in der Lage ist, einen medizinischen Laserstrahl zu ^ übertragen, um zu verhindern, daß infolge der Beschädigung verschiedene Gefahrenmomente auftreten. Dadurch wird die Sicherheit eines medizinischen Laserskalpells verbessert.

Im allgemeinen wird ein Hochleistungslaserstrahl in eine Lichtleitfaser eingeführt, die für ein medizinisches Laserskalpell verwendet wird. Wenn in der Luft befindlicher Staub die Eingangsendflache oder die Auslaßendfläche der Faser verschmutzt, oder wenn vom mit dem Laserstrahl zu behandelnden Objekt abgedampfte Materialien den Endabschnitt der Lichtleitfaser verschmieren, kann die Energie des Laserstrahles auf einen besonderen Bereich so konzentriert werden, daß die Eingangsendfläche oder die Auslaß-

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endflache der Faser durch Hitze beschädigt wird. Dieser Mangel wird häufig festgestellt. Weiterhin kann die Lichtleitfaser durch unsorgfältiges Handhaben gebrochen sein.
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Wenn \n diesem Zustand der Betrieb fortgesetzt wird,. kann die notwendige Energiemenge nicht zum Objekt gebracht werden. Es ist daher nicht möglich, einen erkrankten Bereich zufriedenstellend zu bearbeiten oder ausreichend zu behandeln. Da außerdem die Energie auf den beschädigten Teil der Faser konzentriert wird, kann der Mechanismus um den beschädigten Teil herum durch Hitze beschädigt oder gebrochen werden, was für die Bedienungsperson gefährlich ist.

Bisher hat man die zuvor beschriebene Beschädigung der Lichtleitfaser oder den Bruch der Lichtleitfaser infolge einer physikalischen Einwirkung dadurch erfaßt, daß man am Auslaßteil der Faser das zerstreute Licht des. Leitlichtstrahles beobachtet hat, welches entlang der optischen Achse eines Laserstrahles eingeführt wird. Jedoch der Zerstreuungszustand des Leitlichtstrahles, was durch den defekten Endabschnitt der Faser verursacht wird, wird erheblich durch das Umgebungslicht der Atmosphäre beeinträchtigt. Daher ist es sehr schwierig, eine Beschädigung oder Defekte durch Beobachtung des zerstreuten Lichtes am Ausgangsteil der Faser zu bestimmen. Insbesondere bei einem medizinischen Laserskalpell ist die Zunahme der Intensität des Leitlichtstrahles begrenzt, weil eine Zunahme dieser Intensität für die Bedienungsperson schwierig macht, zu sehen, was sie tut, und zwar mit dem Resultat, daß der erkrankte Bereich, welcher durch den Laserstrahl bestrahlt wird, durch Wanderung des Laserstrahles beschädigt werden kann. Wenn weiterhin die Bedienungsperson dem Auftreten eines Schadens in der Faser während der Arbeit Aufmerksamkeit schenken muß,

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so reduziert erheblich die Arbeitswirksamkeit.

Bei einem anderen herkömmlichen Verfahren ist entlang der Faser oder des Überzugs der Faser ein Leiter angeordnet. Dieser Leiter ist so angeordnet, daß er mit einem Detektor verbunden ist, um einen Bruch oder eine Beschädigung festzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch lediglich in der Lage, Beschädigungen der Seitenflächen festzustellen. Jedoch treten fast alle Beschädigungen der Lichtleitfasern infolge der Wärme an den Eingangsendflächen oder den Auslaßendflächen auf. Daher kann die beschädigte Eingangsendfläche oder Auslaßendfläche der Faser nicht ausreichend durch dieses bekannte Verfahren erfaßt werden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern oder Beschädigungen einer Lichtleitfaser zu schaffen, mit der unmittelbar und ohne besondere Beobachtung das Auftreten von .Be-Schädigungen an Lichtleitfasern festgestellt werden kann, und zwar sowohl hinsichtlich der Eingangsendflache, der Auslaßendfläche sowie der Seitenflächen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Detektionsvorrichtung gelöst, welche die Menge des von der Endfläche der optischen Faser zurück zum Eingang reflektierten Lichtes mißt. Wenn die Endfläche beschädigt ist, nimmt das reflektierte Licht ab. Der Laserstrahl kann dann automatisch durch Betätigung eines Verschlusses blockiert werden. Diese Betätigung erfolgt automatisch.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentansprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben 'ich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung (teilweise als Blockdiagramm, einer Beschädigungs-Erfassungsvorrichtung entsprechend der Erfindung, welche bei einem medizinischen Laserskalpell angewendet ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht mit der Darstellung der wesentlichen Teile der Beschädigungs-Erfassungsvorrichtung der Erfindung und 15

Fig. 3 eine graphische Darstellung mit der Anzeige der Reflexionscharakteristiken der Auslaßendfläche einer Laserfaser.

Es ist in der Technik bekannt, bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Erfassen von Beschädigungen oder Fehlern eines medizinischen Laserskalpells getrennt eine Überstrahlungslichtquelle 1, wie einen Nd:YAG-Laser oder einen CC^-Laser, und eine Leitlichtquelle 2, wie einen

He-Ne-Laser oder eine Xenon-Lampe vorzusehen. Außerdem ist auf der optischen Achse der Überstrahlungslichtquelle ein Halbspiegel 3 vorgesehen, so daß die Leitlichtquelle 2 und die Überstrahlungslichtquelle 1 eine gemeinsame optische Achse haben. Ein Verschluß (SH) 4 ist auf der optisehen Achse vorgesehen, so daß der Laserstrahl unterbrechbar ist, wenn der Laserstrahl, usw. fehlfunktioniert. Weiterhin ist es in der Technik bekannt, daß verschiedene Mechanismen verfügbar sind, um den Verschluß 4 bei Auftreten einer Fehlfunktion zu betätigen, wie dies unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben wurde.

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Bei dieser Erfindung ist die Fehlfunktion-Erfassungsvorrichtung, welche zusammen mit dem Verschluß 4 funktioniert, zwischen einem Endoskop 5 und dem Verschluß 4 vorgesehen. Die Erfassungsvorrichtung umfaßt: einen Spiegel 6, welcher auf der vorgenannten optischen Achse angeordnet ist; ein optischer Detektor 7, welcher auf der Achse des vom Spiegel 6 reflektierten Lichtes vorgesehen ist; einen mit dem Detektor 7 gekuppelten Verstärkerkreis 8; und einen mit dem Verstärkerkreis 8 gekuppelten Verschlußantriebskreis 9 zum Betreiben des Verschlusses.

Weiterhin bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 10 die Faser für einen energiereichen Laser. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die Auslaßendfläche der Faser 10 und 12 ein Gehäuse, in dem die Lichtquellen, die Erfassungsvorrichtung usw. untergebracht sind. Die Einlaßendfläche und die Auslaßendfläche der Faser 10 sind nicht beschichtet, sie wurden jedoch einem optischen Poliervorgang unterworfen, um ihre Reflexionseigenschaften zu verbessern.

Figur 2 ist eine Schnittansicht mit der Darstellung eines Beispiels des Eingangsteiles der Faser 10 entsprechend der Erfindung. Ein zylindrisches Montageteil 14 ist fest in ein Loch 13 des Gehäuses 12 eingesetzt. Ein zylindrisches Führungsrohr 15 ist verschiebbar in das Montageteil 14 eingesetzt. Der Endabschnitt des Führungsrohres 15, welcher in das Innere des Gehäuses \2 ragt, ist mit einem Gewinde versehen. Auf diesen Endabschnitt ist ein Lichtaufnahme-Sektionshalter abnehmbar aufgeschraubt. Der Spiegel 6 ist mit dem Halter am anderen Ende desselben auf solche Weise verklebt, daß der Spiegel mit der optischen Achse einen Winkel von 45° bildet. Ein Lichtaufnahmeelement 17, wie beispielsweise ein Photo-Transistor oder eine Photo-Diode ist fest an einer Stelle senkrecht zur optischen

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Achse der Faser vorgesehen. Ein dünnes Schiebestück 18 ist verschiebbar auf das Führungsrohr 15 aufgesetzt. Der Eingangsabschnitt der Faser 10 ist in das rohrförmige Schieberohr 18 eingesetzt. Im so eingesetzten Eingangsabschnitt sind ein Fixierteil 20 und eine Kondensorlinse 2 in der Nähe der Eingangsendfläche 19 enthalten. Das Lichtaufnahmeelement 17 ist mit dem optischen Detektor 7 verbunden.

Beim Betrieb bewegen sich ein von der Uberstrahlungslichtquelle 1 abgegebener Laserstrahl und ein von der Leitlichtquelle 2 abgegebener Leitstrahl entlang derselben optischen Achse. Daher werden die Lichtstrahlen über die Kondensorlinse 21 der Eingangsendfläche der Lichtleitfaser 10 zugeführt. Die Laserstrahlen treten aus der Auslaßendfläche 11 aus, um den kranken Bereich zu bestrahlen bzw. zu beleuchten. Da die Ausgangsendfläche 11 der Lichtleitfaser 10 nur optisch poliert ist, ist der Reflexionsfaktor für den Laserstrahl oder den Leitstrahl, ein.wenig hoch. Daher wird ein Teil des Lichtes durch die Ausgangsendfläche 11 zur Eingangsendfläche zurück reflektiert und tritt somit aus der Eingangsendfläche 19 aus. Bei diesem Vorgang erscheint das reflektierte Licht mittels der Kondensorlinse 21 mit einem relativ divergenten Winkel.

Das reflektierte Licht wird weiterhin durch den Spiegel 6 reflektiert, welcher mit einem Loch versehen ist. Dann gelangt das Licht zum Lichtaufnahmeelement 17. Die Veränderung des reflektierten Lichtes wird durch den optischen Detektor 7 erfaßt,

Für den Fall, daß beispielsweise die Auslaßendfläche 11 durch Hitze oder dadurch beschädigt ist, daß der Endabschnitt gebrochen ist, kann das reflektierte Licht aufgrund seiner Abnormalität durch Einstellen des optischen Detektors 7 erfaßt werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

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Diese Detektionsmethode wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet die Linie A ein Einstellniveau, eine Linie B die Reflexionscharakteristik einer normalen Faser und eine Kurve C die Reflexionscharakteristik einer abnormalen Faser. Wie aus der graphischen Darstellung in Fig. 3 deutlich wird, ist im Fall der Linie B (oder wenn die Faser normal ist) die Reflexionsmenge größer als das eingestellte Niveau A. In diesem Fall wird der Ausgang des Detektorkreises 7 durch den Verstärkerkreis 8 dem Verschlußsteuerkreis 9 zugeführt,· um den Verschluß 4 offen zu halten. Wenn die Eingangsendfläche 19 abnormal wird, beispielsweise durch Verschiebung aus der optischen Achse oder durch Verschmutzung, so kann der Laserstrahl überhaupt nicht von der Auslaßendflache 11 reflektiert werden, oder zumindest die Menge des reflektierten Lichtes ist erheblich reduziert. Daher entspricht das erfaßte reflektierte Licht der Darstellung durch die Kurve C und der Verschluß 4 wird geschlossen.

Das Fehlfunktion-Erfassungsgerät gemäß der Erfindung, so wie es zuvor beschrieben worden ist, kann jederzeit eine Beschädigung der Eingangs- oder Auslaßendflächen der Lichtleitfaser erfassen und kann ebenso eine Beschädigung der ümfangsfläche der Faser selbst erfassen, da dies die innere Reflexion der Fasern beeinträchtigt. Eine weitere Beschädigung infolge einer fortgesetzten Leistungslaserbestrahlung kann so verhindert werden. Da die die Beschädigung erfassende Vorrichtung hinsichtlich ihrer Konstruktion sehr einfach ist, ist es unnötig, den Eingangsteil der herkömmlicher Laserfaser zu modifizieren, was die Herstellungskosten reduziert. Wenn die Erfassungsvorrichtung auf ein industrielles Bearbeitungsgerät oder ein medizinisches Laserskalpell angewandt wj.rd, wird die Sicherheit exakt eingehalten." Die Vorteile der Erfindung bei der praktischen Anwendung sind in höchstem Maße erwünscht.

Claims

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HOFFMANN · "EITLE & PARTNER

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1»7ί) . DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. N AT. K.HOFFMAN N · Dl PL -I NG. W. LEHN

DIPl.-ING. K. FOCHSlE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 . TELEFON (08?) 911087 · TELEX 05 »619 (PATH E)

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Asahi Kogaku'Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Sicherheitsvorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einer Lichtleitfaser

Patentansprüche

1ΛSicherheitsvorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einer Lichtleitfaser, wobei ein Laserbestrahlungslichtstrahl und ein Leitlichtstrahl durch eine Eingangsendfläche in eine optische Faser eingeführt, entlang der optischen Faser weitergeleitet und durch eine Auslaßendfläche aus der Faser abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen der Menge des von den Innenflächen der optischen Faser (10) zur Eingangsendfläche (19) zurück reflektierten Lichtes umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichterfassungseinrichtung ir der Nähe der Eingangsendfläche (19) angeordnet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichterfassungseinrichtung ein Ausgangssignal vorsieht, welches ein abnormales Detektionssignal ist, wenn eine abnormale Menge von reflektiertem Licht erfaßt wird, und daß die Erfassungseinrichtung weiterhin eine unwirksam machende Einrichtung zum Beenden des Einführens zumindest des Bestrahlungslichtstrahles zur Eingangsendfläche umfaßt.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unwirksam machende Einrichtung ein Verschluß (4) ist, welcher .durch das Ausgangssignal der Lichterfassungseinrichtung betätigbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das abnormale Detektionssignal vorhanden ist, wenn die Menge des erfaßten reflektierten Lichtes unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterfassungseinrichtung umfaßt: eine neben der Eingangsendfläche (19) befindliche Kondensorlinse (21), ein mit einer Reflexionsfläche versehenes reflektierendes Teil (6), welches auf die Kondensorlinse (21) gerichtet ist, welche Reflexionsfläche relativ zur optischen Achse der Faser an der Eingangsendflache schräg angeordnet ist und wobei das reflektierende Teil eine Öffnung aufweist, durch die der Bestrahlungslichtstrahl und der Leitlichtstrahl auf die Kondensorlinse und die Eingangsendfläche treffen, und ein Lichterfassungselement (17) zum Erfassen des reflektierten Lichtes, wenn dieses durch die Eingangsendfläche auf die Kondensorlinse und von dort auf die reflektierende Fläche des reflektierenden Teiles (6) trifft.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i c net, daß die Kondensorlinse (21) den divergierenden Winkel des strömenden Lichts von der Eingangsendfläche zur reflektierenden Fläche vergrößert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die reflektierende Fläche in einem Winkel von im wesentlichen 45° sowohl zum Lichterfassungselement (17) als auch zur optischen Achse der Faser an der Eingangsendfläche bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lasereinrichtung ein Endoskop

(5) ist.