DE4316443A1 - Vorrichtung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles - Google Patents

Vorrichtung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles und insbe­ sondere eines Laserstrahls auf einer Fläche, mit opti­ schen Elementen, die den Lichtstrahl abbilden bzw. formen, umlenken und ausrichten.
Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden zu den verschiedensten Zwecken, beispielsweise zum Markieren oder Beschriften von Werkstücken, zur Materialbearbeitung etc. benötigt.
Ein besonders bedeutsames Anwendungsgebiet derartiger Vorrichtungen ist jedoch die - auch nachträgliche bzw. nachrüstbare - Einkoppelung des Strahls bzw. der Strah­ len eines oder mehrerer Behandlungslaser in ophthalmo­ logische Untersuchungsgeräte, die hierdurch auch als Behandlungs- bzw. Therapiegeräte einsetzbar werden.
Beispielweise ist es aus der DE-C-33 31 431 bekannt, den Strahl eines Behandlungslasers, z. B. eines Argon- Ionen-Lasers in den Strahlengang eines ophthalmologi­ schen Untersuchungsgerätes und insbesondere einer Spaltlampe einzuspiegeln: Hierzu wird der Strahl durch den Arm des Spaltlampenmikroskops in das Mikroskop- Gehäuse geführt und dort durch einen Planspiegel in Richtung auf das Auge umgelenkt, so daß der Laserstrahl durch das Hauptobjektiv des Spaltlampenmikroskops in das zu behandelnde Auge fokussiert wird. Diese Strahl­ führung hat den Vorteil, daß der Abstand zwischen dem fokussierenden Element und dem Auge vergleichsweise klein ist, so daß es möglich ist, den Laserstrahl mit einem groben Konvergenzwinkel (i.e Winkel der Rand­ strahlen des fokussierten Bündels) zu fokussieren. Damit erreicht die Energiedichte lediglich in der un­ mittelbaren Umgebung des Fokus-"Punktes" hohe Werte.
In einer Reihe von Anwendungsfällen ist es jedoch wün­ schenswert, den Laserstrahl nicht koaxial zum Beobach­ tungsstrahlengang, sondern beispielsweise koaxial zum Beleuchtungsstrahlengang oder frei relativ zum Beobach­ tungs- und Beleuchtungsstrahlengang positionierbar zu führen. In diesen Fällen ist es häufig erforderlich, Elemente, die den Laserstrahl fokussieren, in einem vergleichsweise groben Abstand von dem zu behandelnden Auge anzuordnen, so daß der Konvergenzwinkel aufgrund der hierdurch erforderlichen großen Brennweite der fokussierenden Elemente klein ist, und sich die ent­ sprechenden Nachteile einstellen.
Auch bei der Einkoppelung eines Therapielasersstrahls in ein sog. Scanning-Laser-Ophthalmoskop, wie es bei­ spielsweise in der EP-A-0 290 566 und der dort angege­ benen Literatur beschrieben ist, ist bislang keine befriedigende Lösung für die Einkoppelung eines Thera­ pielaserstrahls in den Beobachtungsstrahlengang bekannt geworden.
Auf die EP-A-0 290 566, die DE-C-33 31 431 und die jeweils in diesen Druckschriften angegebene Literatur wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht ausdrücklich erläuterten Begriffe ausdrücklich Bezug genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles und insbesondere eines Laserstrahls auf einer Fläche, mit optischen Elementen, die den Lichtstrahl abbilden bzw. formen, umlenken und ausrichten, derart weiterzu­ bilden, daß der Abstand des den Lichtstrahls fokussie­ renden Elements von der Fläche minimiert ist.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist ein umlenkendes optisches Element zusätzlich eine fokussierende Wirkung auf. Da in der Regel der Strahlengang des Bearbeitungs- bzw. Behand­ lungslasers wenigstens einmal - durch Planspiegel bzw. Prismen, d. h. optische Elemente ohne fokussierende Wirkung nach dem Stand der Technik - umgelenkt werden muß, stellt die Verwendung eines fokussierenden Umlenk­ elements und insbesondere eines Konkavspiegels (An­ spruch 2) keinen wesentlichen zusätzlichen Aufwand dar.
Das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung kann dabei insbesondere unmittelbar vor der zu bearbeitenden Fläche angeordnet sein, so daß der Laser­ strahl mit hohem Konvergenzwinkel fokussiert werden kann.
Beispielsweise dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrich­ tung Bestandteil eines Geräts zur Untersuchung und Behandlung der Augen und insbesondere des Augenhinter­ grundes mit wenigstens einem Laser ist, kann das umlen­ kende optische Element mit fokussierender Wirkung den Lichtstrahl (direkt) auf das Auge umlenken (Ansprüche 11 und 12), d. h. in der optischen Achse des Auges angeordnet sein.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn gemäß Anspruch 13 das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung nach dem in Beobachtungsrichtung letzten opti­ schen Element des Beobachtungsinstruments unmittelbar vor dem zu untersuchenden und zu behandelnden Auge angeordnet ist. In diesem Fall ist es ferner bevorzugt, wenn der Abstand zwischen der Vorderfläche des Trägers, auf der die Spiegelschicht aufgebracht ist, und der Augenpupille in etwa gleich dem Krümmungsradius der Vorderfläche ist (Anspruch 14).
Die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung kann in Verbindung mit den verschiedensten ophthalmologischen Geräten, wie Spaltlampen. Ophthalmoskopen etc., bevor­ zugt aber bei Scanning Laser Ophthalmoskopen eingesetzt werden:
In diesem Falle wird das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung bevorzugt vor dem Austritts­ fenster des "bildgebenden" Abtast-Laserstrahls aus dem Untersuchungsgerät angeordnet, so daß die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung - grober Konvergenzwinkel etc. - besonders zum Tragen kommen.
Unabhängig davon, für welche Anwendung die erfindungs­ gemäße Vorrichtung eingesetzt wird, ist es bevorzugt, wenn der Konkavspiegel ein Oberflächenspiegel ist (An­ spruch 2). Ein derartiger Konkavspiegel lenkt den Laserstrahl bei geringem Aufwand mit kleinsten Bildfeh­ lern um.
Immer dann, wenn zusätzlich eine Beobachtungsvorrich­ tung eingesetzt wird, ist es von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 4 der Oberflächenspiegel eine wellenlängense­ lektive Spiegelschicht aufweist, die insbesondere se­ lektiv die Wellenlänge der Lichtquelle bzw. des Lasers reflektiert. Hierdurch wird der Beobachtungsstrahlen­ gang auch bei einer wenigstens annähernd koaxialen Führung von Therapie-Laserstrahl und Beobachtungsstrah­ lengang möglichst wenig gestört.
Dem dienen auch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale, gemäß denen der Träger des Oberflächenspiegels aus einem Material besteht, das für die Wellenlängen, für die die Spiegelschicht nicht reflektierend ist, trans­ parent ist. Der Träger kann also beispielsweise aus optischem Glas oder einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen. Sofern die Beobachtung durch den Konkavspie­ gel hindurch erfolgt, ist es ferner von Vorteil, wenn die Mittelpunkte der beiden gekrümmten Flächen des Trägers an der gleichen Stelle liegen, so daß der Trä­ ger eine konstante Dicke hat und somit den durch den Träger hindurchtretenden Strahl weder fokussiert noch streut (Anspruch 6).
In jedem Falle ist es nach Anspruch 7 jedoch besonders bevorzugt, wenn das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung, also beispielsweise der Konkav­ spiegel, die Achse des Lichtstrahls um 90° umlenkt. Hierdurch wird zwar dem Strahlengang ein Astigmatismus aufgeprägt, dieser Astigmatismus kann jedoch vorteil­ haft ausgenutzt werden:
Insbesondere dann, wenn zum Ausrichten des Lichtstrahls zwei Spiegelelemente ohne fokussierende Wirkung vorge­ sehen sind, die um zueinander nicht parallele Achsen schwenk- bzw. kippbar sind (Anspruch 8), kann gemäß Anspruch 9 ein Spiegelelement am Fokuspunkt im sagit­ talen und das andere Spiegelelement am Fokuspunkt für den meridionalen Schnitt angeordnet sein. Dies ermög­ licht u. a., daß die Schwenkachsen der Spiegelelemente aufeinander senkrecht stehen, so daß eine Entkopplung des Ausrichtvorganges möglich ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher beschrieben, die ein Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles 1 und insbesondere eines Laserstrahls auf einer Fläche 2 weist ein umlenkendes optisches Element 3 mit fokussierender Wirkung auf. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses Element 3 ein Konkavspiegel, der als Oberflächenspiegel ausge­ bildet ist. Insbesondere dann, wenn die Vorrichtung Bestandteil eines Augenuntersuchungsgeräts ist, kann der Oberflächenspiegel eine wellenlängenselektive Spie­ gelschicht aufweisen, die insbesondere selektiv die Wellenlänge der Lichtquelle bzw. des Lasers reflek­ tiert.
Ferner sind zum Ausrichten des Lichtstrahls zwei Spie­ gelelemente 4 und 5 ohne fokussierende Wirkung, d. h. zwei Planspiegel vorgesehen, die um Achsen 4′ und 5′ schwenk- bzw. kippbar sind, die einen 90°-Winkel ein­ schließen. Dabei ist ein Spiegelelement am Fokuspunkt im sagittalen und das andere Spiegelelement am Fokus­ punkt für den meridionalen Schnitt angeordnet.
Bildet man den Ort beispielsweise der Augenpupille 1 über das Element 2 ab, so erhält man wegen des Winkels, unter dem das Element 2 angeordnet ist, zwei räumlich getrennte Orte für die Fokuspunkte im sagittalen und meridionalen Schnitt. Die beiden als Mikromanipulatoren dienenden Spiegelelemente 4 und 5 erlauben die Manipu­ lation des Lichtstrahls derart, daß sich alle Strahlen beliebiger Auslenkung im Ort der Augenpupille schnei­ den.
Vorstehend ist die Erfindung für ein Augenuntersu­ chungsgerät ohne Beschränkung der allgemeinen Anwend­ barkeit beschrieben worden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Ausrichten eines fokussierten Lichtstrahles und insbesondere eines Laserstrahls auf einer Fläche, mit optischen Elementen, die den Licht­ strahl abbilden bzw. formen, umlenken und ausrichten, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlenkendes optisches Element zusätzlich eine fokussierende Wirkung aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung ein Konkavspiegel ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konkavspiegel ein Ober­ flächenspiegel ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenspiegel eine wellenlängenselektive Spiegelschicht aufweist, die insbesondere selektiv die Wellenlänge der Lichtquelle bzw. des Lasers reflektiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des Oberflächen­ spiegels aus einem Material besteht, das für die Wel­ lenlängen, für die die Spiegelschicht nicht reflektie­ rend ist, transparent ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der beiden gekrümmten Flächen des Trägers an der gleichen Stelle liegen, so daß der Träger eine konstante Dicke hat und somit den durch den Träger hindurchtretenden Strahl weder fokussiert noch streut.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung die Achse des Licht­ strahls um 90°umlenkt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten des Licht­ strahls zwei Spiegelelemente ohne fokussierende Wirkung vorgesehen sind, die um zueinander nicht parallele Achsen schwenk- bzw. kippbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegelelement am Fokuspunkt im sagittalen und das andere Spiegelelement am Fokuspunkt für den meridionalen Schnitt angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Spie­ gelelemente aufeinander senkrecht stehen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil eines Geräts zur Untersuchung und Behandlung der Augen und insbesondere des Augenhintergrundes mit wenigstens einem Laser ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung den Lichtstrahl auf das Auge umlenkt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das umlenkende optische Element mit fokussierender Wirkung nach dem in Beobach­ tungsrichtung letzten optischen Element des Beobach­ tungsstrahlengangs unmittelbar vor dem zu untersuchen­ den und zu behandelnden Auge angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Vorderfläche des Trägers, auf der die Spiegelschicht aufgebracht ist, und der Augenpupille in etwa gleich dem Krümmungsradius der Vorderfläche ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Untersuchung der Augen ein sog. Scanning Laser Ophthalmoskop ist.
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