DE3613233A1 - Einrichtung zum verstellen eines lichtstrahls in einer auftreffebene - Google Patents

Einrichtung zum verstellen eines lichtstrahls in einer auftreffebene

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ver­ stellen eines Lichtstrahls in einer Auftreffebene gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise in sog. Laserkoagulatoren benötigt, die in der Ophthalmologie Verwendung finden. Darüberhinaus gibt es selbstverständ­ lich eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten auf den verschiedensten Gebieten der Technik für derartige Einrichtungen, beispielsweise in der Laser-Schweißtechnik.
Eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise der sog. "Mikromanipulator" der An­ melderin. Bei dieser bekannten Einrichtung wird pneuma­ tisch ein Spiegel verstellt, der den Laserstrahl in Rich­ tung auf das Auge umlenkt. Dieser Spiegel kann beispiels­ weise einer der Spiegel sein, die den Operations- und/oder den Zielstrahl bei der in der WO 85/00966 oder der in dem DE-GM 72 25 429 beschriebenen Vorrichtung umlenkt.
Diese bekannte Einrichtung ist - wie erfindungsgemäß erkannt worden ist - aufgrund der pneumatischen Spiegel­ verstellung nicht in allen Einsatzfällen optimal:
Der bekannte Mikromanipulator ist nicht ohne weiteres über ein geeignetes elektronisches System fernbedienbar und/ oder programmierbar. Die Ansprechzeiten des Manipulators sind unter Umständen beim Bedienungsvorgang "spürbar". Darüberhinaus ist der Manipulationsvorgang nicht immer geräuschlos.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Verstellen eines Lichtstrahl in einer Auftreffebene anzugeben, die eine schnelle, genaue und elektronisch steuerbare Manipulation des Strahl in einer Auftreffebene erlaubt.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Überraschenderweise gelingt eine Lösung der Aufgabe da­ durch, daß weiterhin von einer Einrichtung ausgegangen wird, bei der ein den Lichtstrahl umlenkender Spiegel gekippt bzw. geschwenkt wird. Erfindungsgemäß ist der Spiegel an einem Kipp-/Drehgelenk befestigt, das durch eine Vorspanneinrichtung auf eine Grundstellung hin vorge­ spannt und mit Magneten verbunden ist. Die Magnete befin­ den sich in einem von stromdurchflossenen Spulen erzeugten Magnetfeld. Durch Variation des durch die Spulen fließen­ den Stroms und damit des erzeugten Magnetfelds ist es möglich, das Kipp-/Drehgelenk und damit den Spiegel defi­ niert zu verkippen. Entsprechend der definierten Verkip­ pung wird auch der Auftreffort des Lichtstrahls in der Auftreffebene definiert verschoben.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat damit eine Reihe von Vorteilen:
Die Verkippung des Spiegels und damit die Verschiebung des Lichtstrahls in der Auftreffebene erfolgt schnell und geräuschlos. Das System hat eine definierte Grundstellung, in der beispielsweise der Laserstrahl eines Operationsla­ sers genau auf die geometrische Mitte des Feldes gerichtet ist, über das der Laserstrahl verschoben werden kann. Andererseits ist es bei einer Steuerung der Einrichtung beispielsweise über eine elektronische Steuerung möglich, das System durch einen Konstantstrom in jede beliebige Grundstellung zu überführen. In jedem Falle ist jedoch eine genaue Manipulation des Lichtstrahls in der Auftreff­ ebene möglich, da das vorgespannte Kipp-/Drehgelenk nahezu spielfrei gelagert ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet:
Die im Anspruch 2 gekennzeichnete Ausbildung, bei der der Spiegel um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen kipp- bzw. schwenkbar ist, und die Verdrehung des Spiegels um jede dieser Achsen durch eine eigene Spulen/ Magnetein­ heit erfolgt, ermöglicht am einfachsten eine x/y-Verstel­ lung des Auftreffort des Lichtstrahls in der Auftreff­ ebene.
Durch die "drehsymmetrische" Ausbildung der erfindungsge­ mäßen Einrichtung gemäß Anspruch 3 werden Kippmomente, durch die die Genauigkeit der Einstellung reduziert werden könnte, wirksam vermieden.
Die im Anspruch 4 beanspruchte Schaltung erhöht die Symme­ trie der erfindungsgemäßen Einrichtung und verringert damit die Gefahr des Auftretens von Kippmomenten weiter.
Durch die Umkehrung der durch die Spulen fließenden Ströme kann der Spiegel auch bei einer symmetrischen Anordnung in beide Richtungen gedreht bzw. gekippt werden (Anspruch 5).
In den Ansprüchen 6 und 7 sind verschiedene Möglichkeiten für die Vorspanneinrichtung gekennzeichnet, die die Ein­ richtung auf ihre Grundstellung hin vorspannt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl von Hand, beispielsweise über einen Steuerknüppel (Anspruch 8) als auch von einer Steuerung (Anspruch 11) gesteuert werden.
Die Steuerung ermöglicht es, den Auftreffort des Licht­ strahls programmiert oder beispielsweise von einer Bild­ verarbeitungseinrichtung gesteuert zu verschieben. Die schnelle Reaktion der erfindungsgemäßen Einrichtung er­ laubt es dabei, in "Echtzeit" Korrekturen beispielsweise während eines Laserschusses bei einer Laserbehandlung am menschlichen Auge vorzunehmen.
Natürlich ist auch eine leichte Fernbedienung möglich. Darüberhinaus erlaubt die rein elektrische Bedienung und Steuerung der erfindungsgemäßen Einrichtung beispielsweise eine elektronische "Übersetzung" der Bewegungen des Steuerknüppels (Anspruch 9).
Im Anspruch 10 ist eine vorteilhafte Ausbildung eines Steuerknüppels beschrieben. Selbstverständlich sind aber auch andere Ausbildungen, wie sie beispielsweise bei sog. "Joy-Sticks" verwendet werden, möglich, solange sie nur die Umsetzung einer Verschiebung bzw. einer Bewegung des Knüppels in einer Ebene in "Ansteuersignale" für die Spulen erlauben.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Anspruch 12 gekennzeichnet: die "rein elektrische Steuerung" der Strahlverschiebung erlaubt in einfacher Weise den Anschluß beispielsweise eines Protokolldruckers oder einer Speichereinheit, mit der die Manipulationen des Strahls aufgezeichnet werden können. Dies kann beispiels­ weise in der Ophthalmologie bei späteren Regreßansprüchen etc. von Bedeutung sein.
In jedem Falle eignet sich die erfindungsgemäße Einrich­ tung im besonderen Maße für die Manipulation eines Laser­ strahls in einem Augenuntersuchungs- und Behandlungsge­ rät. Für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ein­ richtung ist es gleichgültig, ob der Laser ein Argonlaser für die Retinabehandlung, ein Neodym-YAG-Laser zum Schnei­ den in vorderen Augenmedien oder ein Excimer- oder 3µm- Laser für die Keratotomie ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, auf die im übrigen für die Offenbarung aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird. Es zeigen:
Fig. 1 a und b zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungs­ gemäßen Einrichtung, und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerknüppels.
Die Fig. 1a und 1b zeigen zwei Ausführungsbeispiele, die sich im wesentlichen in der Ausbildung der Vorspannein­ richtung unterscheiden, die die Grundstellung definiert.
Übereinstimmend weisen die beiden Ausführungsbeispiele ein Kipp-/Drehgelenk 1 auf, an dem zwei Halter 2, von denen in den Figuren nur einer dargestellt ist, für einen Spiegel 3 befestigt sind. Zwischen den beiden Haltern 2 verläuft ein Licht- und insbesondere ein Laserstrahl 4, der von dem Spiegel 3 umgelenkt wird und dessen Auftreffort in einer nur schematisch dargestellten Auftreffebene 5 manipuliert werden soll. Das nur schematisch dargestellte Kipp-/Dreh­ gelenk ist hierzu so ausgebildet, daß es einen Durchlaß­ kanal für den Laserstrahl aufweist.
Das Gelenk 3 ist in Richtung der Pfeile 6 und 7 beweglich; durch die resultierenden Spiegelbewegungen in Richtung der Pfeile 6′ und 7′ wird der Strahl 4 in der Ebene 5 in x/y- Richtung verschoben.
Zum Bewegen des Kipp-/Drehgelenks 1 in Richtung des Pfeils 6 ist eine Spulen/Magnet-Einheit vorgesehen, die im fol­ genden näher beschrieben wird. Eine gleiche Einheit ist zum Bewegen des Gelenks 1 in Richtung des Pfeils 7 vorge­ sehen, dieses System ist jedoch aus Gründen der zeichne­ rischen Übersichtlichkeit weggelassen.
An dem Gelenk 1 sind mittels Stäben 8 Permanentmagnete 9 befestigt, die sich in einem B-Feld befinden, das von stromdurchflossenen Spulen 10 erzeugt wird. Die Spulen 10 sind jeweils so miteinander verbunden, daß ein Stromfluß in der einen Richtung eine resultierende Kraft ergibt, die die den einen der Permanentmagnete 9 anzieht und den anderen abstößt. Durch Steuern des Stromflußes und der Stromrichtung kann damit eine definierte Bewegung des Gelenks 1 und damit eine definerte Schwenkung des Spiegels 3 hervorgerufen werden.
Ferner ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die eine Grundstellung des Gelenks 1 bei nicht erregten Spulen 10 und damit des Spiegels 3 definieren. Bei dem in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Vorspanneinrich­ tung aus zwei Federn 11 und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b aus zwei weiteren Permanentmagneten 12, die eine "gleichsinnige" Kraft auf die Magnete 9 ausüben.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steuerknüppels für die manuelle Steuerung der erfindungsgemäßen Einrich­ tung. Der Steuerknüppel weist einen Bedienteller 20, eine Kugelpfanne 21, die eine Verschiebung des Bedientellers in x-/y-Richtung erlaubt und einen Magnet 22 auf, der mit der Kugelpfanne 21 verbunden ist. Ferner sind Feldplatten 23 vorgesehen, bezüglich deren Anordnung und Verschaltung auf die Figur verwiesen wird. Jeweils ein Feldplatten-Paar 23 ist mit einer Spulenkonfiguration 10 der erfindungsgemäßen Einrichtung über einen nicht dargestellten Zwischenver­ stärker verbunden. Durch eine Verschiebung des Bedientel­ lers 20 in der x-/y-Ebene und die hieraus resultierende Verschiebung des Magneten ändert sich der durch die Feld­ platten und damit durch die Spulen 9 fließende Strom proportional der Verschiebung. Entsprechend wird dann der Spiegel zur Manipulation des Strahls verkippt.
Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens beschrieben worden, wie er in den Ansprüchen nieder­ gelegt ist.
Beispielsweise ist es möglich, zum Bewegen des Gelenks 1 in einer Richtung eine Einrichtung gemäß Fig. 1a und in der anderen Richtung eine Einrichtung gemäß Fig. 1b zu verwenden. Anstelle des in Fig. 2 dargestellten Steuer­ knüppels können anders aufgebaute Steuerknüppel Verwendung finden. Auch ist es möglich, anstelle einer manuellen Steuerung eine Programmsteuerung oder eine selbsttätige Steuerung beispielsweise durch eine Bildverarbeitungsein­ richtung zu verwenden.
Ferner kann bei einer manuellen Steuerung beispielsweise durch Ändern des Verstärkungsfaktors des Zwischenverstär­ kers die "Übersetzung" zwischen Bewegung des Steuerknüp­ pels und Auslenkung des Laserstrahls geändert werden.
Auch können gegebenenfalls die Spulen und die Permanent­ magnete vertauscht werden, also die Spulen an dem Gelenk 1 angeordnet werden, ohne daß die Funktion der erfindungs­ gemäßen Einrichtung geändert würde.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Laser mit Spaltlampengerät ist es beispielsweise bei einer Führung des Strahls durch den Mikroskoparm besonders vorteilhaft, wenn einer der im Mikroskoparm befindlichen Spiegel von der erfindungsgemäßen Einrichtung gekippt wird.

Claims (12)

1. Einrichtung zum Verstellen eines Lichtstrahls in einer Auftreffebene (5) mit einem den Lichtstrahl (4) umlenken­ den Spiegel (3), durch dessen Verkippung bzw. Verschwen­ kung der Auftreffort des Lichtstrahls verstellbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - der Spiegel (3) ist an einem Kipp-/Drehgelenk (1) be­ festigt,
  • - das Kipp-/Drehgelenk ist durch eine Vorspanneinrichtung (11; 12) auf eine Grundstellung hin vorgespannt und mit Magneten (9) verbunden,
  • - die Magnete befinden sich in einem von ortsfesten strom­ durchflossenen Spulen (10) erzeugten Magnetfeld,
  • - eine Steuereinheit steuert den Strom durch die Spulen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehung bzw. Verkippung des Spiegels um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen für jede Bewegung getrennte am Kipp-/Drehgelenk befestigte Magnete und Spulen vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Bewegung um jeweils eine Achse jeweils zwei beidseits des Kipp-/Drehgelenks im gleichen Abstand von dem Gelenk angeordnete Magnete und zwei zugeordnete Spulen vorgesehen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Bewegung um eine Achse erzeugenden Spulen entgegengesetzt in Serie geschal­ tet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der durch die Spulen fließenden Ströme umkehrbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (11) die Einrichtung auf ihre Grundstellung hin vorspannen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Permanentmagnete (12) die Einrichtung auf ihre Grundstellung hin vorspan­ nen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit einen Steuerknüppel (Fig. 2) aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung zwischen Bewegung des Steuerknüppels und Verschiebung des Strahls in der Auftreffebene änderbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerknüppel einen Perma­ nentmagneten (22) aufweist, der über Feldplatten (23) verschiebbar angeordnet ist, die über einen Zwischenver­ stärker mit den Spulen (10) verbunden sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung die Einrichtung steuert.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Protokolldrucker, eine Speichereinheit etc. die Bewegungen des Strahls in der Auftreffebene (5) registriert.
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