ES2333369T3 - Aparato de medicion para medir un rayo laser. - Google Patents
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Abstract
Utilización de un aparato de medición para medir un rayo láser enfocado, comprendiendo el aparato de medición: - una disposición de lentes de aumento con por lo menos dos lentes (10, 12) dispuestas, unas detrás de otra, en la trayectoria del rayo del rayo láser, presentando unas lentes consecutivas a pares de la disposición de lentes de aumento en cada caso unos focos coincidentes, - un sensor de imagen (14) electrónico dispuesto detrás de la disposición de lentes de aumento en su foco para el registro de una imagen del rayo láser aumentado, - unos medios de ajuste longitudinal (98), los cuales permiten un ajuste común de las lentes (10, 12) de la disposición de lentes de aumento y del sensor de imagen (14) a lo largo de la trayectoria del rayo con respecto a un punto de referencia (46) del aparato de medición, - estando montadas por lo menos una parte de las lentes, en particular todas la lentes (10, 12), de la disposición de lentes de aumento en la trayectoria del rayo una detrás de otra en un tubo de lentes (68), el cual se puede ajustar mediante unos medios de ajuste longitudinal (98), en la dirección de su eje del tubo, con respecto a un punto de referencia (46), - pudiendo desplazarse el tubo de lentes (68) axialmente, si bien preferentemente asegurado contra torsión, en una abertura de alojamiento de guiado (66) de un cuerpo de guiado (56), y actuando los medios de ajuste longitudinal (98) entre el tubo de lentes (68) y el cuerpo de guiado (56), - soportando el cuerpo de guiado (56) un adaptador (42), que encierra la trayectoria del rayo, para el acoplamiento del aparato de medición a un sistema láser que proporciona el rayo láser, y - formando el adaptador (42) una superficie de tope (46), orientada axialmente con respecto a un eje del rayo (16) del rayo láser, para el sistema láser, siendo acoplado el adaptador, en el marco de una utilización del aparato de medición, a un objetivo de un sistema láser que proporciona el rayo láser.
Description
Aparato de medición para medir un rayo
láser.
La presente invención se refiere a un aparato de
medición para medir un rayo láser. El rayo láser que hay que medir
sirve, en particular, para su utilización en la cirugía
oftalmológica láser, aproximadamente en el marco de un tratamiento
fotorrefractivo de la córnea o del cristalino. Evidentemente esto es
solo un ejemplo; la invención no está sometida fundamentalmente a
ningún tipo de limitaciones en cuanto al objetivo de utilización
del rayo láser que hay que medir. En muchas utilizaciones del láser,
es necesario un conocimiento preciso acerca de determinados
parámetros del rayo pudiendo mencionarse, únicamente como dos de
entre muchos otros ejemplos, además de la cirugía láser del ojo, la
técnica fotolitográfica de semiconductores así como la lectura
láser o la escritura láser de soportes de datos ópticos.
Los parámetros del rayo interesantes de un rayo
láser son frecuentemente el diámetro del rayo, en particular en la
zona del cuello, así como la divergencia del rayo, aunque también
otros parámetros como la medida de la difracción (abreviada
usualmente mediante M^{2}) o el perfil de intensidad
transversalmente con respecto a la dirección del rayo.
Para la medición de un rayo láser se conocen los
llamados métodos Knife-Edge o de ranura, en los
cuales se mueve una cuchilla o una ranura suficientemente estrecha
transversalmente a través del rayo y, dependiendo de la posición de
la cuchilla o de la ranura, se mide la potencia transmitida mediante
un detector. Mediante diferenciación de la curva de transmisión
obtenida de este manera se puede determinar a continuación del
perfil de intensidad sobre la base del cual se puede determinar de
nuevo el diámetro del rayo.
Como alternativa a los métodos de transmisión
que se basan en cada caso en una "exploración" del rayo se sabe
por ejemplo, gracias a la patente US nº 4.917.489, aumentar el rayo
láser mediante una única lente de aumento y dirigir el rayo láser
aumentado de esta manera, tras reducción de la intensidad adecuada,
sobre un registrador de imagen (sensor de imagen). A partir de la
imagen de un rayo láser generada de esta manera se puede calcular
acto seguido, teniendo en cuenta del factor de aumento de la lente,
el diámetro del rayo en el foco de la lente del lado del
objeto.
El documento US 2004/066504 A1 da a conocer una
disposición de medición para medir el patrón del rayo de una
radiación láser emitida por un diodo láser. El diodo láser está
dispuesto sobre una mesa portadora, la cual se puede ajustar entre
tres direcciones del espacio lineales perpendiculares entre sí. La
disposición de medición comprende dos cámaras, una de las cuales
sirve para el registro de una imagen del rayo láser enfocado del
diodo láser y la otra para el registro de una imagen del patrón de
campo lejano del rayo láser. La primera cámara se encuentra en el
foco del lado de la imagen de un par telescópico afocal formado por
una lente de objetivo y una lente Relay. Para la realización de la
medición se posiciona el diodo láser, mediante gobierno de la mesa
que lo porta, de tal manera que el punto de la salida de la luz del
diodo láser está situado en el foco del lado del objeto del par de
lentes.
El documento US 2006/043258 A1 muestra una
disposición de medición Knife-Edge para medir la luz
de una fuente de rayo láser. Además de una cuchilla, que se puede
introducir en el rayo láser transversalmente con respecto a la
dirección del rayo y que se puede extraer del mismo, el dispositivo
de medición presenta un sensor CCD así como una óptica de aumento,
situada entre la cuchilla y el sensor de imagen, con una única lente
de objetivo. El sensor de imagen y la óptica de aumento están
dispuestos sobre una mesa de ajuste, la cual se puede ajustar en
las tres direcciones lineales del espacio.
La acomodación de lentes en una pieza de
alojamiento cilíndrica se describe, para el ejemplo de un objetivo
de una cámara fotográfica, en el documento CH 400 758 A.
La invención proporciona por el contrario la
utilización de un aparato de medición con las características de la
reivindicación 1. El aparato de medición comprende una disposición
de lentes de aumento con por los menos dos lentes dispuestas, una
detrás de otra, en la trayectoria del rayo del rayo láser,
presentando unas lentes consecutivas a pares de la disposición de
lentes de aumento en cada caso focos coincidentes, un sensor de
imagen electrónico dispuesto detrás de la disposición de lentes de
aumento en su foco para el registro de una imagen del rayo láser
aumentado, así como medios de ajuste longitudinal, los cuales
permiten un ajuste común de las lentes de la disposición de lentes
de aumento y del sensor de imagen a lo largo de la trayectoria del
rayo con respecto a un punto de referencia del aparato de
medición.
Por la bibliografía especializada de la óptica
de rayos gaussianos (comp. por ejemplo Kühle, Dietrich: "Óptica,
Fundamentos y Aplicaciones", Harri Deutsch Verlag, 1ª edición,
1998) resulta una dependencia del factor de aumento de una lente de
aumento individual con respecto al diámetro del rayo del rayo láser
que hay que medir. Si se considera como factor de aumento el
cociente entre el diámetro parcial del rayo aumentado y el diámetro
de cuello del rayo no aumentado, resulta en especial que el factor
de aumento de una única lente de aumento puede ser, para diámetros
de cuello más pequeños, marcadamente mayor que para diámetros de
cuello mayores. La suposición de una escala de aumento constante
nominal puede conducir por lo tanto, en caso de utilización de una
única lente de aumento, a errores de medición notables, cuando se
miden focos con diámetros de cuello diferentes.
\newpage
Los inventores han reconocido que con un sistema
de varias lentes se puede eliminar la dependencia de la escala de
aumento con respecto al diámetro del rayo, o sea cuando cada par de
lentes consecutivas tiene en cada caso focos coincidentes. En este
caso se puede partir de una escala de aumento que permanece siempre
constante, sin importar lo grande que sea el diámetro de cuello del
rayo que hay que medir. Esto permite una determinación notablemente
más precisa del diámetro de cuello del rayo láser que hay que
medir.
Los medios de ajuste longitudinal del aparato de
medición según la invención permiten un ajuste definido de la
totalidad de las lentes y del sensor de imagen a lo largo de la
trayectoria del rayo con respecto a un punto de referencia propio
del aparato de medición. Propio del aparato de medición significa
que el punto de referencia se encuentra junto al o en el aparato de
medición y es por consiguiente estacionario con respecto al aparato
de medición como un todo. La posibilidad de ajuste del sistema
formado por lentes y sensor de imagen a lo largo de la trayectoria
del rayo posibilita una localización precisa del cuello del rayo
láser que hay que medir y, como consecuencia de ello, un ajuste
preciso del aparato de medición, de manera que el foco del rayo
láser coincide con el foco de la primera lente de la disposición de
lentes de aumento.
Esta situación se da cuando la sección
transversal del rayo registrada por el sensor de imagen es lo menor
posible. Dado que, en la disposición una respecto de otra de las
lentes y del sensor de imagen entre sí, el cuello del rayo se forma
entonces sobre la superficie del sensor de imagen, cuando se
encuentra en el foco de la primera lente. Mediante ajuste
longitudinal del sistema formado por lentes y sensor de imagen con
respecto al foco del rayo se puede localizar fácilmente esta
posición.
La posibilidad de ajuste longitudinal de las
lentes y del sensor de imagen es útil, de manera alternativa o
adicional, para poder determinar el diámetro del rayo en diferentes
lugares a lo largo del rayo láser, dicho con otras palabras para
determinar un perfil de diámetro del rayo láser. Un perfil de
diámetro de este tipo permite hacer afirmaciones por ejemplo acerca
de la divergencia del rayo y acerca de la medida de la difracción.
Se sobrentiende que para la determinación de estos y otros
parámetros del rayo está prevista una unidad de evaluación
electrónica adecuadamente programada la cual evalúa e interpreta las
señales de imagen eléctricas suministradas por el sensor de imagen,
almacenadas temporalmente en su caso en una memoria.
El margen de ajustabilidad ofrecido por los
medios de ajuste longitudinal para el sistema formado por lentes y
sensor de imagen se extiende, preferentemente, a lo largo de por lo
menos tres veces la longitud de Rayleigh del rayo láser.
Si así se desea, los medios de ajuste
longitudinal pueden permitir adicionalmente un ajuste longitudinal
de las lentes relativamente entre sí y/o con respecto al sensor de
imagen, por ejemplo con propósitos de calibración o para poder
compensar tolerancias de los componentes y de montaje.
Según una forma de realización, la cual permite
una forma constructiva especialmente corta del aparato de medición,
la disposición de lentes de aumento presenta en total dos lentes.
Para una escala de aumento suficiente es necesario al mismo tiempo
una distancia focal relativamente pequeña de la primera lente,
motivo por el cual la primera lente debe ser realizara globalmente
relativamente pequeña. Son posibles lentes mayores, que se pueden
manipular y montar con mayor facilidad, cuando del disposición de
lentes de aumento presente en total cuatro lentes. La potencia de
aumento se puede dividir al mismo tiempo a dos niveles de aumento -
formado cada uno por un par de lentes - motivo por el cual, para
una ampliación total globalmente igual de cada par de lentes, cada
par de lentes puede presentar un aumento menor que el par de lentes
individual en la forma de realización con un total de dos
lentes.
Todas las lentes de la disposición de lentes de
aumento pueden estar formadas en cada caso como lentes convergentes.
De manera alternativa, es posible que la disposición de lentes de
aumento presente por lo menos una lente divergente, que no obstante
por lo menos la última lente esté formada como lente convergente. La
utilización de una lente divergente permite, a causa de su
distancia focal negativa, un acortamiento del espacio constructivo
comparado con una lente convergente. Esto se puede aprovechar en
especial en formas de realización con más de dos lentes, cuando la
distancia focal de la primera lente se puede elegir mayor y por lo
tanto la ganancia de espacio constructivo, en caso de utilización
de una lente divergente, tiene mayor importancia que en el caso de
soluciones con un total de dos lentes, donde la primera lente tiene
una distancia focal comparativamente corta. En cualquier caso la
última lente debe realizarse como lente convergente, debido a que el
sensor de imagen necesita una imagen real del rayo láser.
Para mantener pequeña la deformación del frente
de ondas a través de la disposición de lentes de aumento se ha
demostrado como ventajoso realizar por lo menos una lente de la
disposición de lentes de aumento con un lado de la lente plano y
disponerla orientada con su lado de la lente curvo hacia la sección
del rayo de menor divergencia. La disposición de lentes de aumento
contiene preferentemente por ello únicamente lentes planoconvexas o
planocóncavas, si bien no lentes curvadas por ambos lados, aunque
esto no tiene que ser naturalmente así por fuerza.
Las tolerancias de componentes y de montaje
pueden ser el origen de que por lo menos una parte de los
componentes ópticos del aparato de medición no esté orientada, en
la dirección transversal con respecto a la trayectoria del rayo,
exactamente frente al rayo láser. Por este motivo el aparato de
medición comprende preferentemente medios de ajusta transversal los
cuales permiten aun ajuste de por lo menos la primera lente de la
disposición de lentes de aumento transversalmente, en especial
perpendicularmente con respecto ala trayectoria del rayo, con
respecto al punto de referencia del aparato de medición mencionado
anteriormente. Se ha demostrado que una orientación errónea de la
primera lente de la disposición de lentes de aumento
transversalmente con respecto a la trayectoria del rayo puede tener
un efecto especialmente intenso sobre la posición de la posición de
la imagen sobre el sensor de imagen, las deformaciones del frente de
ondas y las aberraciones de representación, más intensa en todo
caso que orientaciones erróneas correspondientes de las otras
lentes. Por este motivo, la primera lente debería poderse ajustar
transversalmente. Puede ser, según una variante, ajustable
transversalmente por sí, es decir independientemente de las otras
lentes e independientemente del sensor de imagen. Según otra
variante la primera lente puede ser ajustable como un todo, junto
con por lo menos otra lente de la disposición de lentes de aumento,
en especial junto con todas las lentes de la disposición de lentes
de aumento, y preferentemente también junto con el sensor de
imagen.
Los medios de ajuste transversal permiten, de
manera adecuada, un ajuste independiente entre sí de por lo menos
la primera lente de la disposición de lentes de aumento en dos
direcciones transversales perpendiculares entre sí.
La construcción del aparato de medición es de
tal manera que por lo menos una parte de las lentes, en especial de
todas las lentes de la disposición de lentes de aumento, está
montada en la trayectoria del rayo, unas detrás de otras, en un
tubo de lentes, el cual se puede ajustar, mediante los medios de
ajuste longitudinal, en la dirección de su eje de tubo, con
respecto al punto de referencia. Al mismo tiempo, el tubo de lentes
se puede desplazar axialmente, si bien guiado asegurado contra
torsión, en una abertura de alojamiento de guiado de un cuerpo de
guiado estructurado en especial tubularmente, actuando los medios de
ajuste longitudinales entre el tubo de lentes y del cuerpo de
guiado.
El tubo de lentes puede salir, por un extremo,
del cuerpo de guiado y estar formado, en la zona de su extremo en
resalte, para el acoplamiento mecánico con una cámara que contiene
el sensor de imagen.
Para la compensación del juego entre el tubo de
lentes y el cuerpo de guiado es recomendable que entre el tubo de
lentes y el cuerpo de guiado actúen medios de pretensión elásticos,
los cuales tensen previamente el tubo de lentes axialmente con
respecto al cuerpo de guiado.
El cuerpo de guiado soporta un adaptador que
encierra la trayectoria del rayo para el acoplamiento del aparato
de medición a un sistema láser que proporciona el rayo láser. Al
mismo tiempo el adaptador es un componente separado preferentemente
del cuerpo de guiado, el cual está conectado de manera
intercambiable con el cuerpo de guiado. Esto permite una forma
constructiva modular del aparato de medición, para la cual se pueden
proporcionar entonces un gran número de adaptadores diferentes, que
se pueden utilizar discrecionalmente, para el acoplamiento a
sistemas láser diferente.
Los medios de ajuste transversal mencionados
pueden actuar entre el adaptador y el cuerpo de guiado.
De manera adecuada, el adaptador forma una
superficie de tope, orientada axialmente con respecto al eje del
rayo láser, para el sistema láser. La superficie de tope puede
servir entonces como punto de referencia para el ajuste
longitudinal o, en su caso, transversal de los componentes ópticos
del aparato de medición.
La invención se explica a continuación con mayor
detalle a partir de los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra una representación
esquemática de la disposición relativa de un par de lentes y de un
sensor de imagen para el registro de una imagen aumentada de una
rayo láser;
la Figura 2 muestra una representación
esquemática de la disposición relativa de dos pares de lentes y de
un sensor de imagen para el registro de una imagen aumentada de un
rayo láser,
la Figura 3 muestra una sección central
longitudinal a través de un ejemplo de forma de realización de un
aparato de medición según la invención,
la Figura 4 muestra una sección aumentada del
aparato de medición de la Figura 3, y
la Figura 5 muestra otra sección, aumentada, del
aparato de medición de la Figura 3.
En las Figuras 1 y 2 se muestran dos
configuraciones de ejemplo diferentes de una disposición de lentes
de aumento para su utilización en un aparato de medición según la
invención. En la variante de la Figura 1 la disposición de lentes
de aumento comprende en total dos lentes 10, 12, ópticamente
delgadas, las cuales están formadas ambas como lentes convergentes
planoconvexas. El rayo láser que hay que medir incide en primer
lugar sobre la lente 10 y a continuación sobre la lente 12, antes
de que sea captada su imagen aumentada por un sensor de imagen 14
electrónico. En el caso del sensor de imagen puede tratarse, por
ejemplo, de un sensor de imagen CCD o uno CMOS. El eje óptico de la
disposición de lentes de aumento está indicado mediante 16. Para
evitar distorsiones ópticas de la imagen es deseable que el eje del
rayo láser coincida con el eje 16 óptico. Dado que un desajuste de
los componentes ópticos del aparato de medición transversalmente con
respecto a la trayectoria del rayo láser no se puede evitar con
frecuencia por completo debido a las tolerancias de los componentes
o de montaje, están previstos en estructuraciones preferidas del
aparato de medición según la invención medios de ajuste transversal
(medios de ajuste transversal) adecuados, mediante los cuales se
pueden ajustar de tal manera las lentes de la disposición de lentes
de aumento y, en su caso, también el sensor de imagen,
transversalmente con respecto a la dirección del rayo, que el eje 16
óptico coincide esencialmente de manera exacta con el eje del
rayo.
La lente 10 de la Figura 1 tiene una distancia
focal f_{1}; sus dos focos (por el lado del objeto y por el lado
de la imagen) están designados mediante 18 ó 20.
La lente 12 tiene una distancia focal f_{2}.
Está dispuesta de tal manera que su foco por el lado del objeto
coincide con el foco 20 del lado de la imagen de la primera lente
10. Por el lado de la imagen la lente 12 tiene un foco 22. Con este
foco 22 coincide el plano del sensor del sensor de imagen 14.
Cuando, para una disposición adecuada de las
lentes 10, 12 y del sensor de imagen 14, el cuello del rayo láser
que hay que medir se encuentra en el foco 18, se representa, con una
escala de aumento independiente del diámetro del cuello, sobre el
sensor de imagen 14. El sensor de imagen 14 está conectado con
medios de evaluación electrónicos, que no están representados con
mayor detalle, los cuales reciben las señales de imagen del sensor
14 y las transforman, en su caso, a la forma digital y determinan a
partir de ellas el diámetro de cuello aumentado así como el real
(no aumentado). Para la reducción de la intensidad del rayo láser
pueden estar dispuestos en la trayectoria de su rayo uno o varios
filtros de valor neutro (filtros grises). En la configuración de
ejemplo de la Figura 1 puede estar dispuesto en especial, entre la
lente 12 y el sensor de imagen 14, un filtro gris de este tipo. El
grosor óptico del filtro gris conduce entonces a un ligero
desplazamiento del foco 22, el cual debe tenerse en cuenta durante
el posicionamiento del
sensor 14.
sensor 14.
Se reconoce que los lados curvos de las lentes
10, 12 están orientados en cada caso hacia la sección del rayo de
menor divergencia. El aumento del diámetro del cuello producido por
la primera lente 10 va con una paralelización del rayo, motivo por
el cual el rayo láser tiene sobre el lado de la imagen de la lente
10 una divergencia menor que sobre el lado del objeto. Para la
lente 12 se cumple, por el contrario, que el rayo láser sobre su
lado de la imagen tiene nuevamente una divergencia mayor. De ello
resulta la disposición de las lentes, mostrada en la Figura 1, con
lados curvos orientados unos hacia otros. La medida de orientar unos
hacia otros los lados planos de las lentes a las secciones del rayo
de mayor divergencia y los lados curvos de las lentes a las
secciones de rayo de menor divergencia permite mantener pequeña la
deformación del frente de ondas producida por las lentes 10, 12 y
reducir con ello a un mínimo las aberraciones de representación.
Para ofrecer un ejemplo numérico, la escala de
aumento debe ser de aproximadamente 20 (es decir, que el diámetro
de cuello en el sensor de imagen 14 debe ser veinte veces mayor que
el diámetro de cuello no aumentado), de esta manera se puede elegir
para la lente 10, por ejemplo, una distancia focal de
aproximadamente 3 mm y para la lente 12 una distancia focal de
aproximadamente 60 mm. Con estas distancias focales, se puede
conseguir globalmente una forma constructiva comparativamente corta
del aparato de medición. Evidentemente, las indicaciones numéricas
anteriores se dan puramente a título de ejemplo; en especial se
puede aspirar a otros valores para la escala de aumento, que pueden
exigir correspondientemente también otras distancias focales de las
lentes 10, 12.
En la variante de la Figura 2, la disposición de
lentes de aumento comprende en total cuatro lentes - de nuevo
ópticamente delgadas - las cuales están indicadas mediante 24, 26,
28, 30. El sensor de imagen sigue estando indicado mediante 14 y el
eje óptico lo sigue estando mediante 16. La segunda lente 26, vista
en la dirección de propagación del rayo, así como la cuarta lente
28 están realizadas en cada caso como lente convergente
planoconvexa, mientras que la primera lente 24 y la tercera lente 28
están realizadas en cada caso como lentes divergentes
planocóncavas. El par de lentes 24, 26 forma, por así decirlo, una
primera etapa de aumento de la disposición de lentes de aumento,
mientras que el segundo par de lentes 28, 30, forma una segunda
etapa de aumento. El factor de aumento de ambas etapas de aumento
puede ser igual o diferente; la escala de aumento total resulta del
producto de los factores de aumento de las dos etapas de
aumento.
Las dos lentes convergentes 26, 30 tienen, en el
caso del ejemplo mostrado, en cada caso la misma distancia focal;
los dos focos de las lentes convergentes 26 están designados
mediante 32, 34, los de la lente convergente 30, mediante 36, 38. A
causa de su distancia focal negativa las lentes divergentes 24, 28
están situadas en cada caso detrás del foco de la lento convergente
siguiente, si bien de nuevo de tal manera que coinciden con su foco
(virtual) con el foco de la lente convergente en cada caso
siguiente. Esto significa que el foco 32 es al mismo tiempo un foco
(virtual) de la lente 24 y los focos 34, 36 corresponden en cada
caso cada uno a un foco (virtual) de la lente divergente 28.
La utilización de lentes divergentes en lugar de
lentes convergentes permite un acortamiento del tamaño constructivo
del aparato de medición, haciéndose este efecto sin embargo más
perceptible en la configuración de cuatro lentes de la Figura 2 que
en la configuración de dos lentes de la Figura 1.
Para proporcionar nuevamente un ejemplo
numérico: la escala de aumento de la disposición de lentes de
aumento debe ser de nuevo de aproximadamente 20, de manera que las
lentes convergentes 26, 30 pueden tener por ejemplo una distancia
focal de aproximadamente 42 mm, mientras que para las lentes
divergentes se puede elegir una distancia focal de en cada caso
aproximadamente - 9 mm. Evidentemente estas son también indicaciones
a título de ejemplo, las cuales pueden ser elegidas en cualquier
momento también diferentes, en especial cuando se desea una escala
de aumento diferente de la disposición de lentes de aumento.
Para la explicación de un ejemplo de
construcción concreto se hace referencia a continuación a las
Figuras 3 a 5. El aparato de medición allí representado está
designado globalmente mediante el número de referencia 40. Tiene un
adaptador 42 con una sección principal de adaptador 44 que encierra,
a modo de casquillo, el eje óptico 16. En la zona del extremo axial
izquierdo en la Figura 3 el adaptador 42 está formado para el
acoplamiento con un sistema láser que proporciona el rayo láser. Los
medios de acoplamiento previstos para ello comprenden una
superficie de tope anular 46, orientada axialmente, la cual sirve
para el apoyo axial y con ello para el posicionamiento axial del
aparato de medición 40 con respecto al sistema láser. Además, los
medios de acoplamiento mencionados comprenden una sección de apriete
48 que circula a modo de anillo, realizada preferentemente de una
pieza con la sección principal de adaptador 44, para el apriete
radial de un borde de objetivo u otra formación del sistema láser.
La sección de apriete 48 tiene un gran número de taladros roscados
50, distribuidos en dirección perimétrica, para el alojamiento de
tornillos de apriete radiales (no representados).
En la zona de su otro extremo axial la sección
principal de adaptador 44 está conectada de manera que se puede
soltar con un bloque de ajuste 52, el cual forma una abertura de
alojamiento 54 para un tubo de guiado 56. El bloque de ajuste 52
posee taladros roscados 58 para el alojamiento de tornillos de
sujeción, que no están representados con mayor detalle, mediante
los cuales el adaptador 42 se puede sujetar al bloque de ajuste 52.
El tubo de guiado 56 está sujeto, axialmente inmóvil, a la abertura
de alojamiento 54 del bloque de ajuste 52, si bien se puede
ajustar, mediante unos tornillos de ajuste no representados con
mayor detalle del bloque de ajuste 52, con respecto a éste, en un
plano radial. Para ello, el bloque de ajuste 52 puede presentar, de
una manera que no se ha representado con mayor detalle, un casquillo
interior que aprieta radialmente el tubo de guiado 56, que está
sujeto ajustable transversalmente en una carcasa del bloque de
ajuste 52. Los bloques de ajuste adecuados se pueden obtener en el
comercio. Por ejemplo, se puede remitir para ello a una placa de
ajuste con la denominación de producto
XY-Justierplatte OH40 de la empresa OWIS GmbH, la
cual se puede utilizar con ligeras modificaciones para el bloque de
ajuste 52. El bloque de ajuste 52 permite un ajuste transversal,
independiente entre sí, de tubos de guía 56 en dos direcciones
radiales perpendiculares entre sí. Globalmente puede ser ajustado
por consiguiente el tubo de guiado 56 en una plano normal al eje en
dirección discrecional.
La fijación axial del tubo de guiado 56 con
respecto al bloque de ajuste 52 está garantizada, en el ejemplo de
forma de realización mostrado, mediante un saliente axial 60 en el
perímetro exterior del tubo de guiado 56 así como mediante un
anillo roscado 62, el cual está atornillado sobre el tubo de guiado
56. El bloque de ajuste 52 está sujeto axialmente entre el saliente
axial 60 y el anillo roscado 62.
El tubo de guiado 56 forma una abertura de
alojamiento de guiado 66 axial para un tubo de lentes 68 el cual
está premontado, junto con las lentes de una disposición de lentes
de aumento, para dar una unidad constructiva y que como unidad
constructiva montada previamente de este manera se puede introducir
en el tubo de guiado 56. La disposición de lentes de aumento
corresponde en el presente caso de ejemplo a la variante de la
Figura 1, motivo por el cual en un aparato de medición de las
Figuras 3 a 5 las dos únicas lentas existentes son designadas
asimismo mediante 10 y 12. Se sobrentiende, sin embargo que, se
puede montar de igual manera también otra configuración de lentes,
por ejemplo la de la Figura 2, en el tubo de lentes 68.
El tubo de lentes 68 está guiado axialmente
móvil en la abertura de alojamiento de guiado 66 del tubo de guiado
56, si bien sin torsión. Para el aseguramiento contra torsión de los
dos tubos uno respecto del otro el tubo de lentes 68 presenta una
escotadura 70 axialmente longitudinal, practicada en su superficie
perimétrica exterior, en la cual engarza un tornillo de
aseguramiento contra torsión no representado con mayor detalle, el
cual se puede atornillar en una orificio roscado 72 correspondiente
del tubo de guiado 56.
Se reconoce que el tubo de lentes 68 y el tubo
de guiado 56 entran conjuntamente en la sección principal 44 en
forma de casquillo del adaptador 42, en particular esencialmente
hasta la misma distancia, y que el tubo de lentes 68 sobresale del
tubo de guiado 56 en la zona de su otro extremo axial. En la zona de
su extremo que sobresale el tubo de lentes 68 está acoplado con una
cámara de imagen 74 digital, en la cual está montado un sensor de
imagen, no representado con mayor detalle en las Figuras 3 a 5, por
ejemplo el sensor de imagen 14 de las Figuras 1 y 2. Una superficie
de tope 76 axial en el extremo axial libre del tubo de lentes 68
permite un posicionamiento axial definido de la cámara de imagen 74
con respecto al tubo de lentes 68 y, por consiguiente, con respecto
a las lentes 10, 12 montadas en su interior. El acoplamiento de la
cámara de imagen 74 con el tubo de lentes 68 puede ser, por
ejemplo, un acoplamiento roscado o un acoplamiento de apriete
radial. La estructuración del aparato de medición 40 con una cámara
de imagen 74 que se puede acoplar de manera que se puede soltar al
tubo de lentes 68 hace posible recurrir a modelos comerciales de
cámara.
Se ha mencionado anteriormente que el tubo de
lentes 68 está premontado, junto con los componentes insertados en
él, para dar una unidad constructiva. Estos componentes comprende,
además de las dos lentes 10, 12, un anillo adicional 78, el cual
durante el montaje previo es insertado como primer componente en el
tubo de lentes 68 y proporciona una superficie de apoyo plana para
el lado plano de la lente 12. El anillo adicional 78 está en
contacto con un saliente axial 80, el cual está formado en el paso
entre una sección de diámetro mayor de la abertura de tubo interior
y una sección de diámetro menor. En la conexión con la lente 12 está
introducido un tubo distanciador 82 en el tubo de lentes 68. Al
tubo distanciador 82 le sigue un grupo constructivo de lentes 84,
montado de nuevo por sí como unidad constructiva, con la lente 10.
El grupo constructivo de lentes 84 comprende una montura de lente
86, aproximadamente en forma de bote, la cual presenta en su suelo
un orificio de paso central para el rayo láser. La lente 10 está
situada encima de este orificio y se apoya con su lado plano de la
lente sobre el suelo del bote de la montura de la lente 86. En disco
de centrado 88 procura una centrado radial de la lente 10 en la
montura de lente 86. La montura de lente 86 tiene, en el lado
interior de su superficie exterior del bote, una rosca en la cual
están atornillados un tornillo de apriete de lente 90 así como un
disco roscado 92 situado detrás. Con el fin de no dañar la lente 10,
el tornillo de apriete de lente 90 no está apretado contra le lente
10 sino que está bloqueado con el disco de rosca 92.
El grupo constructivo de lentes 84 premontado de
esta manera es introducido en el tubo de lentes 68, hasta que la
montura de lente 86 choca contra el tubo distanciador 82. El tubo de
lentes 68 está realizado, en la zona de su extremos del lado del
adaptador, con una rosca interior en la cual se pueden atornillar
dos discos roscados 94, 96 adicionales, los cuales sirven para la
fijación de los restantes componentes en el tubo de lentes 68. De
nuevo, están los dos discos roscados 94, 96 bloqueados
preferentemente uno contra otro, para que no se puedan transmitir,
a través de la montura de la lente 86 y del tubo distanciador 82,
fuerzas de tensión sobre la lente 12.
Anteriormente se explicó que el tubo de lentes
68 está guiado axialmente con respecto al tubo de guiado 56 de
forma móvil en la abertura de alojamiento de guiado 66. Entre el
tubo de lentes 68 y el tubo de guiado 56 actúan medios de ajuste
longitudinal, los cuales hacen posible un ajuste longitudinal
(ajuste longitudinal) definido del tubo de lentes 68 con respecto
al tubo de guiado 56. Estos medios de ajuste longitudinal comprenden
un elemento de ajuste 98, que está en engarce roscado con el tubo
de lentes 56, el cual al mismo tiempo está en engarce de distancia
axial con el tubo de lentes 68. En el caso del ejemplo mostrado, el
elemento de ajuste está formado como casquillo roscado, el cual se
apoya sobre el tubo de guiado 56 y que coge por detrás radialmente
un tope de apoyo 100 del tubo de lentes 68 formado en la zona del
extremo próximo a la cámara. El casquillo roscado 98 está realizado
con una rosca interior, con la cual está atornillado sobre una rosca
exterior complementaria del tubo de guiado 56. Entre el casquillo
de rosca 98 y el tubo de lentes 68 está formado un espacio anular
102, en el cual está alojado un resorte de pretensión 104 formado
como resorte helicoidal de compresión. El resorte de pretensión 104
se apoya axialmente, por un extremo, en el tope de apoyo 100 del
tubo de lentes 68 y axialmente, por el otro extremo, en el tubo de
guiado 56 y ejerce una fuerza de pretensión que empuja ambos tubos
56, 68 alejándolos. Esta fuerza de pretensión axial es desviada por
el tubo de lentes 68, a través de su tope de apoyo 100, a un nervio
anular 106, formado en el extremo del lado del la cámara del
casquillo roscado 98, que sobresale radialmente hacia dentro. Para
impedir el rozamiento entre el tubo de guiado 68 y el casquillo
roscado 98 está colocado un anillo de deslizamiento 108, hecho de un
material favorable al deslizamiento, sobre el tubo de lentes 68,
entre el tope de apoyo 100 y el nervio anular 106. El resorte de
pretensión 104 es suficientemente fuerte para, en caso de una
manipulación normal del aparato de medición 40, reprimir cualquier
movimiento de juego no deseado entre el tubo de lentes 68 y el tubo
de guiado 56.
El casquillo roscado 98 posibilita un ajuste
longitudinal definido del sistema formado por lentes 10, 12 y la
cámara 74 con respecto al tubo de guiado 56 y, por consiguiente, con
respecto a la superficie de tope 46, que sirve como punto de
referencia, del adaptador 42. A causa del diámetro de rosca
comparativamente grande (grande en comparación por ejemplo con un
tornillo micrométrico) es posible un ajuste longitudinal muy
sensible del tubo de lentes 68. En particular se puede conseguir de
esta manera una precisión de ajuste en dirección axial de unos
pocos micrómetros. Si se agarra, por ejemplo, un diámetro del
casquillo roscado 98 de aproximadamente 34 mm, se puede conseguir,
con un paso de rosca de aproximadamente 0,5 mm, una precisión de
ajuste tan grande y precisa (con la suposición adicional de que con
la mano humana es posible un giro mínimo del casquillo roscado 98
de 0,5 a 1 mm). El recorrido de ajuste máximo del tubo de lentes 68
en la dirección axial puede estar situado, por ejemplo, en el
margen de unos pocos milímetros, lo que es suficiente para llevar a
cabo mediciones del M^{2} para diámetros de rayo usuales, para
las cuales es necesario un ajuste longitudinal del tubo de lentes
68 de tres veces la longitud de Rayleigh.
Para la reducción de la intensidad del rayo
láser está montado en el tubo de lentes 68 además un filtro gris
110, el cual está insertado desde el extremo cercano a la cámara del
tubo de lentes 68 y que está asegurado en su interior mediante un
casquillo de apriete 112 con interposición de un anillo elastómero
114. El filtro gris 110 es de esta manera intercambiable, de manera
que para diferentes intensidades de rayo se pueden utilizar filtros
grises de diferente densidad.
Claims (14)
1. Utilización de un aparato de medición para
medir un rayo láser enfocado, comprendiendo el aparato de
medición:
- -
- una disposición de lentes de aumento con por lo menos dos lentes (10, 12) dispuestas, unas detrás de otra, en la trayectoria del rayo del rayo láser, presentando unas lentes consecutivas a pares de la disposición de lentes de aumento en cada caso unos focos coincidentes,
- -
- un sensor de imagen (14) electrónico dispuesto detrás de la disposición de lentes de aumento en su foco para el registro de una imagen del rayo láser aumentado,
- -
- unos medios de ajuste longitudinal (98), los cuales permiten un ajuste común de las lentes (10, 12) de la disposición de lentes de aumento y del sensor de imagen (14) a lo largo de la trayectoria del rayo con respecto a un punto de referencia (46) del aparato de medición,
- -
- estando montadas por lo menos una parte de las lentes, en particular todas la lentes (10, 12), de la disposición de lentes de aumento en la trayectoria del rayo una detrás de otra en un tubo de lentes (68), el cual se puede ajustar mediante unos medios de ajuste longitudinal (98), en la dirección de su eje del tubo, con respecto a un punto de referencia (46),
- -
- pudiendo desplazarse el tubo de lentes (68) axialmente, si bien preferentemente asegurado contra torsión, en una abertura de alojamiento de guiado (66) de un cuerpo de guiado (56), y actuando los medios de ajuste longitudinal (98) entre el tubo de lentes (68) y el cuerpo de guiado (56),
- -
- soportando el cuerpo de guiado (56) un adaptador (42), que encierra la trayectoria del rayo, para el acoplamiento del aparato de medición a un sistema láser que proporciona el rayo láser, y
- -
- formando el adaptador (42) una superficie de tope (46), orientada axialmente con respecto a un eje del rayo (16) del rayo láser, para el sistema láser,
siendo acoplado el adaptador, en el marco de una
utilización del aparato de medición, a un objetivo de un sistema
láser que proporciona el rayo láser.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Utilización según la reivindicación 1,
caracterizada porque la disposición de lentes de aumento
presenta un total de dos lentes (10, 12).
3. Utilización según la reivindicación 1,
caracterizada porque la disposición de lentes de aumento
presenta un total de cuatro lentes (24, 26, 28, 30).
4. Utilización según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizada porque todas las lentes (10, 12) de la
disposición de lentes de aumento están formadas en cada caso como
una lente convergente.
5. Utilización según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizada porque la disposición de lentes de
aumento presenta por lo menos una lente divergente (24, 28), si
bien por lo menos la última lente (30) está formada como una lente
convergente.
6. Utilización según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque por lo menos una lente (10,
12) de la disposición de lentes de aumento presenta un lado de la
lente plano y está orientada con su lado curvo de la lente hacia la
sección de rayo con la menor divergencia.
7. Utilización según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada además porque presenta unos medios
de ajuste transversal (52), los cuales permiten un ajuste de por lo
menos la primera lente (10) de la disposición de lentes de aumento
transversalmente, en particular verticalmente, con respecto a la
trayectoria del rayo con respecto al punto de referencia (46).
8. Utilización según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque los medios de ajuste
longitudinal (98) permiten un ajuste de la disposición de lentes de
aumento y del sensor de imagen en por lo menos tres veces la
longitud de Rayleigh del rayo láser.
9. Utilización según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada porque los medios de ajuste transversal (52)
permiten un ajuste independiente entre sí de por lo menos la
primera lente (10) de la disposición de lentes de aumento en dos
direcciones transversales perpendiculares entre sí.
10. Utilización según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el cuerpo
de guiado (56) está formado tubularmente.
11. Utilización según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el tubo de
lentes (68) sobresale axialmente por un extremo del cuerpo de
guiado (56) y en la zona de su extremo en resalte está formado para
el acoplamiento mecánico con una cámara (74) que contiene el sensor
de imagen.
12. Utilización según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque entre el
tubo de lentes (68) y el cuerpo de guiado (56) actúan unos medios
de pretensión (104) elásticos, los cuales tensan previamente el
tubo de lentes axialmente con respecto al cuerpo de guiado.
13. Utilización según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
adaptador (42) es una componente separado del cuerpo de guiado (56)
y está conectado preferentemente de forma intercambiable con el
cuerpo de guiado.
14. Utilización según la reivindicación 13,
cuando está subordinada a la reivindicación 7, caracterizada
porque los medios de ajuste transversal (52) actúan entre el
adaptador (42) y el cuerpo de guiado (56).
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