DE3143422A1

DE3143422A1 - "ueberwachungsvorrichtung fuer laserstrahl-leiteinrichtung"

Info

Publication number: DE3143422A1
Application number: DE19813143422
Authority: DE
Inventors: Kyoshiro Imagawa; Shiro Kyoto Sakuragi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1982-08-12
Also published as: US4423726A; DE3143422C2; FR2493559A1; IL64086A; IL64086A0; JPS5777935A; FR2493559B1

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Uberwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen mit einer Faseroptik.
Es sind seit längerer Zeit Leiteinrichtungen für Laserstrahlen in Form von Spiegeln und Faseroptiken in Gebrauch, von denen derzeit die Faseroptiken häufiger verwendet werden, obwohl ihre Laserstrahl-Ubertragungseigenschaften nicht ganz befriedigen.
Da es bisher für die Praxis noch keine für die Ubertragung höherer Leistung geeignete Faseroptik gibt, kommt es bei den verfügbaren Typen bei einer Ubertragung energiereicher Laserstrahlen am Ausgang der Faseroptik zu Uberhitzungen mit Verdampflungserscheinungen, die zu einem-z. B. bei chirurgischen Eingriffen störenden. Leistungsabfall und/oder zur Übertragungsunterbrechung führen können, wenn sich verdampfte Substanz auf dem Ausgang benachbarten Linsen absetzt und das Ausgangsende rauh Werden läßt und/oder die Linsenabsorption erhöht.
Zwar sind schon Detektoren zur Ermittlung von Ubertemperaturzuständen am Ausgang von Faseroptiken entwickelt worden, die aber von der Wärmeleitung abhängig sind und folglich so langsam reagieren, daß sie erst nach dem bereits eingetretenen Schaden Alarm geben. Außerdem hat diese die Temperatur erfassende Hethode den Nachteil, daß sich mit ihr nur örtlich begrenzte Fehler erkennen lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Uberwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen verschiedener Art zu schaffen, mit der Fehler sofort festgestellt und das Eintreten von Schäden verhindert werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in dem folgenden Beschreibungsteil und in Unteransprüchen enthalten.
Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, im Ausgangsbereich der Faseroptik einen Laserstrahl-Empfänger so anzuordnen, daß er ständig einen von einem optischen Element wie z.B. einer Linse der Laserstrahl-Leiteinrichtung reflektierten Strahl-Anteil empfängt und bei Feststellung einer Abweichung ein Alarmsignal abgeben bzw. auslösen kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis Fig. 6 sechs verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen.
Die nachstehend in Verbindung mit Fig. 1 bis 6 beschriebenen Uberwachungsvorrichtungen dienen jeweils der Überwachung einer aus je einer Linse 2, Faseroptik 3 und Linse 4 gebildeten Laserstrahl-Leiteinrichtung 5, durch die der von einem Laser-Generator 1 (z.B. cO2-Typ) erzeugte Laserstrahl a auf ein Objekt (z.B. das Operationsfeld in einem menschlichen Körper) abgestrahlt wird. In bezug auf die Zeichnung wird die linke Seite der Linse 4 als Einfallsseite und die rechte Seite der Linse 4 als Austrittsseite der #eiteinrichtung 5 bezeichnet.
In Fig. 1 ist auf der Einfallsseite von Linse 4 ein Laserstrahl-Empfängerelement 6 in Form eines z.B. als Thermosäule, pyroelektrisches Element o. dgl. ausgebildeten Infrarotdetektors so angeordnet, daß er von der Linse 4 reflektierte Anteile des Laserstrahls aufnimmt.
Wenn durch die Laserstrahl-Energie die Faseroptik überhitzt wird und verdampfte Substanz von dem Ausgangsende 3a der Faseroptik 3 sich auf der Einfallsseite der Linse 4 niederschlagt, dann tritt in etwa gleichem Verhältnis eine Vermkderung der Laserstrahl-Ausgangsleistung der Leiteinrichtung 5 u n d des von der Linse reflektierten Strahlanteils ein, und der vetminderte Reflektionswert wird durch das Empfängerelement 6 er mit telt. Das Empfängerelement 6 ist beispielsweise mit einer, Alarmeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die den operierenden Arzt augenblicklich über- den am Ausgang 3a der Faseroptik3aufgetretenen Störungsfall informieren kann. Das überwachende Empfängerelement6erkennt darüber hinaus auch jede andere Störung der Laserstrahl-Leiteinrichtung 5, z.B. auch-im Bereich der vorderen Linse 2.
Zusätzlich zu oder an Stelle einer Alarmsignal-Auslösung hann das Empfängerelement 6 so geschaltet sein, daß die Laserstrahl erzeugung durch den Generator 1 abgebrochen wird, wenn der vom Empfängerelement 6 erfaßte Laserstrahlanteil einen gegebenen Grenzwert übersteigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 befindet sich in der Leiteinrichtung 5 zwischen dem Ausgangsende 3a der Faseroptik 3 und der Linse 4 im Strahlengang ein schräg gestellter und, z.B.
zu 99% durchlässiger Spiegel 7, welcher den reflektierten' Anteil des Laserstrahls in das sonst nach Art und Ausführung Fig. 1 entsprechende Laserstrahl-Empfängerelement 6 wirft. Die Wirkung und Möglichkeiten der Uberwachungsvorrichtungen von Fig. 1 und 2 sind im wesentlichen gleich.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält außer dem der Linse 4 zugeordneten Empfängerelement 6 ein zweites Laserstrahl-Empfängerelement 8, welches von der vorderen Linse 2 reflektierte Laserstrahlanteile aufnimmt. Diese Anordnung ermöglicht nicht nur die Erkennung sondern zusätzlich eine Lokalisierung von im Bereich der Leiteinrichtung 5 auftretenden Fehlern.
Wenn z.B. der Empfänger 8 ein normales und der Empfänger 6 ein nicht-norinales Signal abgeben, muß ein Fehler im Bereich der Faseroptik 3 und/oder der hinteren Linse 4 vorliegen. Wenn dagegen beide Empfänger 6 und 8 von der Norm abweichende Signale erzeugen, wird ein Fehler an oder vor der vorderen Linse 2 vorhanden sein.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist neben der Laserstrahl-Leiteinrichtung 5 ein Empfängerelement 10 für Licht- und/oder Laserstrahlen so angeordnet, daß es von einer separaten gegenüberliegenden Lichtquelle 9 abgegebene Lichtstrahlen aufnimmt. Wenn im Fall einer Überhitzung der Faseroptik 3 an deren Ausgangsende 3a Bestandteile verdampfen, schlagen sie sich auf der Abgabefläche der Lichtquelle 9 und/oder der Aufnahmefläche des Empfängerelements 10 nieder und bewirken eine Reduzierung des Empfängerausgangssignals. Mit dieser Ausführung ist zwar eine Fehlererkennung nur im hinteren Bereich der Leiteinrichtung 5 bei der Lichtstrecke 9/10 möglich, aber weil sie wie die anderen Ausführungen nicht von einer Wärmeleitung abhängig ist, spricht sie auf Fehler sofort an und ermöglicht eine rechtzeitige Alarmsignalabgabe.
Eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 4 enthält Fig. 5. Das Empfängerelement 10 ist in diesem Fall so gerichtet, daß es von der daneben angeordneten Lichtquelle 9 ausgehende Lichtstrahlen nach ihrer Umlenkung durch einen Reflektor 11, der z.B. eine nicht von dem Laserstrahl getroffene Spiegelfläche an der Linse 4 ist, aufnimmt. Ahnlich wie auch bei der Ausführung nach Fig.
4 führt ein in der Leiteinrichtung 5 nahe der Lichtstrecke 9/11/10 auftretender Fehler zu einer Schwächung des vom Empfänger 10 erfaßten Lichtanteils mit Alarmsignalauslösung.
Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 dient als separate Lichtquelle ein Helium-Neon-Lasergenerator 12,beispielsweise in Form eines Laser-Halbleiters, einer Laserdiode o. dgl., welcher einen Hilfslaserstrahl durch eine parallel zu der Haupt-Faseroptik 3 bis zu deren Ausgangsende 3a geführte Faseroptik 13 auf die Linse 4 abgibt. Ein reflektierter Anteil des Hilfslaserstrahls gelangt von der Linsenoberfläche durch eine Faseroptik 14 in einen Laserstrahlempfänger 15 und ermöglicht eine Fehlerermittlung nach dem gleichen Prinzip wie bei der Ausführung gemäß Fig. 5.
Die in den vorstehenden Ausführungen beschriebene erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung mit einem Laser- bzw. Lichtstrahlempfängerelement eignet sich zur überwachung von und Fehlerermittlung an Laserstrahl-Leiteinrichtungen mit Faser-Optik, mit einem oder mehreren Spiegeln und dergleichen.
Zu den durch Anwendung der Erfindung erzielbaren Vorteilen sind zu zählen: a) Da in der Überwachungsvorrichtung keine trägen Wärme-Leitelemente sondern unverzögert reagierende optische Elemente verwendet werden, wird der Anwender der überwachten Laserstrahl-Leiteinrichtung (z.B. ein operierender Arzt) augenblicklich über eine beginnende Störung unterrichtet und/oder der betreffende Laser-Generator wird sofort und vor Eintritt eines möglichen Schadens abgeschaltet.
b) Auftretende Fehler innerhalb der Laserstrahl-Leiteinrichtung können nicht nur festgestellt und gemeldet, sondern zusätzlich lokalisiert werden. Somit sind auftretende Fehler sowohl auf der Austrittsseite als auch auf der Einfallsseite der Leiteinrichtung, und darüber hinaus im gesamten Laserstrahlsystem einschließlich Lasergenerator, Linsen u. dgl.
feststellbar.
c) Über das Ausgangssignal des Laser- oder Lichtstrahl-Empfängerelements kann ständig die Laserstrahl-Abgabeleistung des überwachten Gerätes kontrolliert werden.
Leerseite

Claims

Uberwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen PATENTANSPRffCHE Uberwachungsvorrichtungen für eine Laserstrahl-Leiteinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß auf der Eingangsseite eines zu der Laserstrahl-Leiteinrichtung (5) gehörenden optischen Elements wie Linse (4), Spiegel (7) o. dgl. ein Empfängerelement (6; 10) für Laser- und/ oder Lichtstrahlen angeordnet und mit einer Signalgeberein--richtung verbunden ist.
2. Uberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß das Empfängerelement (6) so angeordnet ist, daß es Laserstrahl-Anteile aufnimmt, die nach dem Durchgang des Laserstrahls durch die Leiteinrichtung (5) reflektiert werden.
3. tlberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängerelement (10; 15) so angeordnet ist, daß es Strahlen, die von einer in der Nähe der Leiteinrichtung (5) positionierten separaten Laser- oder Lichtquelle (12; 9) abgegeben werden, direkt (Fig. 4) oder von Elementen der Leiteinrichtung wie einer Linse o. dgl.

reflektiert (Fig. 5 oder 6) aufnimmt.
4. Uberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängerelement (6) durch eine Linse (4) oder einen teildurchlässigen Spiegel (7) reflektierte Anteile des Laserstrahls (a) aufnimmt.