DE3143422C2 - Überwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung (Fig. 1) für eine Laserstrahl-Leiteinrichtung (5) umfaßt ein auf der Einfallsseite einer Linse (4) der Leiteinrichtung positioniertes Laserstrahl-Empfängerelement (6), durch welches im Bereich der Leiteinrichtung (5) auftretende Fehler unverzüglich festgestellt und so rechtzeitig gemeldet bzw. durch Abschaltung unterbunden werden, daß das Eintreten von Dauerschäden verhindert wird.

Description

gekennzeichnet durch

— ein Empfängerelement (6) für Laser- und/oder andere Lichtstrahlen, das zwischen der Lichtleitfaser und der Linse benachbart zum Strahlengang des Laserlichts angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängerelement (6) so angeordnet ist, daß es durch die Linse (4) reflektiertes Laserlicht empfäegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtleitfaser und Linse ein teildurchlässiger Spiegel (7) angeordnet ist und das Empfängerelement (6) so angeordnet ist. daß es das von diesem Spiegel reflektierte Licht empfängt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtleitfaser und Linse eine zusätzliche Lichtquelle (9) dicht am Faserende angeordnet ist und das Empfängereiement so angeordnet ist, daß es das von dieser Lichtquelle (9) ausgesandte Liclii empfängt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängerelemnnt eine Empfänger-Lichtleitfaser (14) und einen '.aserstrahlempfänger (15) an deren hinterem Ende aufweist, daß das vordere Ende der Empfänger-Lichtleitfaser (14) zwischen Lichtleitfaser (3) und Linse (4) benachbart zum Strahlengang angeordnet ist, und das von der Linse reflektierte Laserlicht eines separaten Lasers (12) empfängt.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Empfängerelement (8). das unmittelbar hinter dem Laser (1) benachbart zum Strahlengang angebracht ist und zum Messen der Ausgangsleistung des Lasers dient.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen mit einer Lichtleitfaser und einer in Strahlrichtung hinter der Faser angeordneten Linse.

Laserstrahl-Leiteinrichtungen mit Lichtleitfaser und einer Linse sind seit längerem im Gebrauch, obwohl ihre Übertragungseigenschaften nicht ganz befriedigen. Da es bisher für die Praxis noch keine für die Übertragung höherer Leistung geeignete Lichtleitfaser gibt, kommt es bei den verfügbaren Typen bei einer Übertragung energiereicher Laserstrahlen am Ausgang der Lichtleitfaser zu Überhitzungen mit Verdampfungserscheinungen, wobei sich verdampfte Substanz auf einer benachbarten Linse absetzt, was die Linsenabsorption erhöht. Außerdem wird die Strahlaustrittsfläche der Faser rauh, was ebenfalls zu einer Verringerung der Ausgangsleistung oder gar zu einer Übertragungsunterbrechnung führt. Dies stört vor allem bei chirugischem Einsatz der Lichtleitfaser.

Zwar sind schon Detektoren zum Ermitteln von Übertemperaturzuständen an der Strahlenaustrittsfläche von Lichtleitfasern 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 Methode den Nachteil, f*aß sich mit ihr nur örtlich begrenzte Fehler erkennen lassen.

Ein anderer Detektor zum Ermitteln der Ausgangsleistung eines medizinischen Lasers ist aus der DE-OS 28 29 516 bekannt. Von bestrahltem Gewebe reflektierte Wärme- oder Lichtstrahlung wird gemessen und bei Oberschreiten einer vorgegebenen Strahlungsintensität wird der Laser abgeschaltet.

Eine weitere Überwachungsvorrichtung für ein Laser-Messer ist aus der DE-OS 31 05 297 bekannt. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß ein Laserausgangsstrahl durch Umschalten mittels eines Fußschalters entweder in einen Manipulator oder auch eine Leistungsdetektoreinheit gerichtet werden kann.

Mit allen angegebenen Detektoren ist es jedoch nicht möglich, die Gefahr der Zerstörung einer Lichtleitfaser durch Überhitzen schnell feststellen zu können und damit das Eintreten von Schäden verhindern zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichjo tungen anzugeben, mit der die Gefahr der Überhitzung einer Lichtleitfaser schneller und sicherer als bisher festgestellt werden kaiuv.

Die erfindungsgenäße Lösung dieser Aufgabe ist kurz zusammengefaßt im Patentanspruch 1 angegeben. Vor-J5 teilhafte Weiterbildungen ergeben sich gemäß den Unteransprüchen .

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, im Ausgangsbereich der Lichtleitfaser optisch einen Niederschlagverdampften Fasermaterials zu überwachen. Bevorzugte Ausführungsbeispielc und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung warden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis F i g. 6 sechs verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für Laserstrahl-Leiteinrichtungen.

Die nachstehend in Verbindung mit F i g. 1 bis 6 beschriebenen Überwachungsvorrichtungen dienen jeweils der Überwachung einer aus je einer Linse 2, Lichtleitfaser 3 und Linse 4 gebildeten Laserstrahl-Leiteinrichtung 5, durch die der von einem Laser (z. B. CÜ2-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 Leiteinrichtung 5 bezeichnet.

In F i g. 1 ist auf der Einfallsseite von Linse 4 ein Laserstrahl-Empfängerelement 6 in Form eines z. B. als Thermosäule, pyroelektrisches Element ausgebildeten Infrarotdetektors so angeordnet, daß er von der Linse 4 reflektierte Anteile des Laserstrahls aufnimmt.

Wenn durch die Laserstrahl-Energie die Lichtleitfaser überhitzt wird 'ind verdampfte Substanz von dem Ausgangsende 3a der Lichtleitfaser 3 sich auf der Einfallsseib5 te der Linse 4 niederschlägt, dann tritt m etwa gleichem Verhältnis eine Verminderung der Laserstrahl-Ausgangsleistung der Leiteinrichtung 5 u nd des von der Linse reflektierten Strahlanteils ein, und der verminder-

te Reflektionswert wird durch das Empfängerelement 6 ermittelt. Das Empfängerelement 6 ist beispielsweise mit einer Alarmeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die den operierenden Arzt augenblicklich über den am Ausgang 3a der Lichtleitfaser 3 aufgetretenen Störungsfall informieren kann. Das überwachende Empfängerelement 6 erkennt darüber hinaus auch andere Störungen der Laserstrahl-Leiteinrichtung 5, z. B. im Bereich der vorderen Linse 2.

Zusätzlich zu oder an Stelle einer Alarmsignal-Auslösung kann das Empfängerelement 6 so geschaltet sein, daß die Laserstrahlerzeugung durch den Laser 1 abgebrochen wird, wenn der vom Empfängerelement 6 erfaßte Laserstrahlanteil einen gegebenen Grenzwert übersteigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 2 befindet sich a) in der Leiteinrichtung 5 zwischen dem Ausgangsende 3;i der Lichtleitfaser 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 F i g. 1 entsprechende L.asersirah!-Empfängere!ement 6 lenkt. Die Wirkung und Möglichkeiten der Überwachungsvorrichtungen von F i g. 1 und 2 sind im wesentlichen gleich.

Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel ent- 25 b) hält 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 Lokali- jo sierung von im Bereich der Leiteinrichtung 5 auftretenden Fehlern. Wenn z. B. der Empfänger 8 ein normales und der Empfänger 6 ein nicht-normales Signal abge- c) ben, muß ein Fehler irn Bereich der Lichtleitfaser 3 und/ oder der hinteren Linse 4 vorliegen. Wenn dagegen bei- js de 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 F i g. 4 ist neben der Laserstrahl-Leiteinrichtung 5 ein Empfängerelement 10 für Laser- und/oc';r andere Lichtstrahlen so angeordnet, daß es von einer paraten gegenüberliegenden Lichtquelle 9 abgegebene Lichtstrahlen aufnimmt Wenn im Fall einer Überhitzung der Lichtleitfaser 3 an deren Ausgangsende 3a Bestandteile verdampfen, schlagen sie sich auf der Abgabefläche der Lichtquelle 9 und/oder der Aufnahrrifläche des Empfängereleiientes 10 nieder und bewirken eine Reduzierung des Empfängerausgangssignals. Mit dieser Ausführung ist zwar eine Fehlererkennung nur im hinteren Bereich der Leiteinrichtung 5 bei der Lichtstreckv· 9/10 möglich, aber weil sie wie die anderen Ausführungen nicht von einer Wärmeleitung abhärgig ist, spricht sie auf Fehler sofort an und ermöglicht eine rechtzeitige Alarmsignalabgabe.

Eine Abwandlung der Ausführung nach Fig.4 enthält F i g. 5. Das Empiängerelement 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 bo Linse 4 ist, aufnimmt. Ähnlich wie auch bei der Ausführung nach F i g. 4 führt ein in der Leiteinrichtung 5 nahe der Lichtstrecke 9/10/11 auftretender Fehler zu einer Schwächung des vom Empfänger 10 erfaßten Lichtanteils mit Alarmsignalauslösung. to

Bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 6 dieni als separate Lichtquelle ein Helium-Neon-Laser 12 oder eine I .iiserdiode. welche einen ' 'ilfslaserstnihl durch eine parallel zu der Haupt-Lichtleitfaser 3 bis zu deren Ausgangsende 3a geführte Lichtleitfaser 13 auf die Linse 4 abgibt. Ein reflektierter Anteil des Hilfslaserstrahis gelangt von der Linsenoberfläche durch eine Empfänger-Lichtleitfasder 14 in einen Laserstrahlempfänger 15 und ermöglicht eine Fehlerermittlung nach dem gleichen Prinzip wie bei der Ausführung gemäß F i g. 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 einen·; oder mehreren Spiegeln. Zu den durch Anwendung der Erfindung erzielbaren Vorteilen sind zu zählen:

Da in der Überwachungsvorrichtung keine tragen 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 Last/ wird sofort und vor Eintritt eines möglichen größeren Jchadens abgeschaltet.

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 Lasergeneraior. Linsen u. dgl. feststellbar.

Über das Ausgangssignal des Laser- oder Lichtstrahl- Empfängerelemenis kann ständig die Laserstrahl-Abgabeleistung des überwachten Gerätes kontrolliert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Überwachungsvorrichtung für eine Laserstrahl-Leiteinrichtung mit

— einem Laser(l).

— einer Lichtleitfaser (3) und

— einer in Strahlrichtung hinter der Faser angeordneten Linse (4)