WO1998053273A1 - Dispositif de positionnement a laser - Google Patents

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    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/004—Reference lines, planes or sectors

Definitions

  • the present invention relates to a laser positioning device creating a reference beam for positioning a subject or an object in the medical or industrial field. 5 It is necessary, in industry or in the medical field, to identify subjects (objects or people) to carry out operations or treatments.
  • positioning devices are used to generate a light mark in the space used for positioning or repositioning patients with respect to different therapy devices. These positioning devices are fixedly mounted in a radiotherapy room.
  • these positioning devices ensure a high level of security for medical interventions by improving the identification of the areas or points to be treated.
  • white light positioning devices comprising sets of slots placed in the path of the light beams. However, these devices did not allow positioning of high resolution.
  • a third evolution of the tracking devices consisted in using a laser diode emitting in the red. (Wavelengths of 632.8 nm and 670 nm).
  • the present invention aims to remedy these drawbacks and proposes to create a laser positioning device comprising a doubled infrared laser crystal, making it possible to ensure very precise positioning or location without exceeding the authorized transmission powers.
  • the invention relates to a laser positioning device, characterized in that it comprises: A support and orientation means connected to a fixed part (wall, partition, ceiling),
  • an optical assembly pivotally mounted on the support and orientation means and comprising a laser source formed by an infrared laser crystal and a frequency doubler for emitting green light, and at the output of the laser source, a means beam return and a group of two mirrors mounted in series in the beam, the first mirror being semi-transparent and each mirror of this group being each followed by an optical system spreading the beams according to two perpendicular fans and adjustment means to adjust the orientation of the beams leaving the optical assembly.
  • the positioning device allows precise location even in poor visibility conditions without using a large power beam with means that are simple to produce and implement.
  • the device is very compact thanks to its particularly efficient light source. This reduction in size results in a very significant reduction in the mechanical means of adjustment and proper positioning of the beams.
  • the means of support and orientation is formed by a plate connected integrally to the fixed part carrying a console formed by a lug fixed in an adjustable manner to the plate and by a base itself carrying the optical assembly, orientable around an axis.
  • the optical systems spreading the beams are two adjustable cylindrical lenses.
  • the optical assembly is mounted in a turret formed of a base carrying a frame receiving in an adjustable manner the various deflection mirrors and the means of orientation of the optical beams, at the output of the laser source, the assembly being covered with '' a hood fitted with a window.
  • FIG. 1 is a perspective view of a solid laser positioning device according to the invention
  • FIG. 2 is a view in vertical axial section of the positioning device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 is a detail view of the laser source.
  • the solid laser positioning device comprises a support and orientation means carrying an optical assembly which is itself orientable and adjustable.
  • the support and orientation means consists of a fixing plate 1 connected integrally to a fixed part 2, for example a building (wall, ceiling, column) carrying an adjustable console 3 in its orientation.
  • This console 3 consists of a tab 31 mounted on the plate 1 by fixing and adjusting means and a base 32 carrying the optical assembly.
  • the console 2 is adjusted relative to the plate 1, in two directions, by connections with oblong holes 311, 312 of the tab 31 cooperating with bosses (not shown) belonging to the plate 1.
  • the blocking once the orientation achieved, is done by screws 313, 314.
  • This optical assembly is integrated in a turret 4 pivotally mounted about an axis ZZ in the base 32; rotation is controlled and / or blocked using a screw 33 provided in the base.
  • the turret 4 is formed from a base 41 provided with a frame formed by two flanges 42 connected by spacers 43 and carrying the optical assembly: the laser source 50, the deflection mirrors 51, 52, 53, 54 and the adjustment means.
  • the optical path includes a first deflection mirror 51 which returns the beam emitted on a second deflection mirror 52.
  • the beam 52 attacks a set of two mirrors 53, 54 of which the first is semi-transparent; it returns part 55 of the beam and transmits the other part 56.
  • the second mirror 54 returns a beam 56.
  • the beams 55, 56 pass through optical systems 57, 58 which spread out each beam to form a light fan preferably following a flat surface.
  • optical systems 57, 58 which spread out each beam to form a light fan preferably following a flat surface.
  • These are for example cylindrical lenses whose axes are perpendicular. These two flat surfaces are perpendicular to form a cross on the positioning point.
  • FIG. 3 shows in more detail the laser source 50 comprising, in an envelope 501, a laser diode 502 emitting in the infrared range, and whose beam is focused by a lens 503 to attack a YAG crystal 504 whose input is provided with a dichroic mirror 505 and the output of an output mirror 506. Downstream of the crystal 504 there is an intercavity frequency doubler 507 which transforms infrared light into visible green light.
  • a focusing objective 508 directs the beam towards the exit window 509.
  • the optical assembly is covered by a cover 43 provided with a window 44 for the exit of the beams 55, 56.
  • the optical assembly is rotatably mounted by the base 22.
  • the positioning and adjustment of the beams 55, 56 is done by the mirrors 52, 53, using the adjustment screws 521, 522, 523 appearing on the side of the chassis 31 (FIG. 1).

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Abstract

Dispositif de positionnement à laser créant un faisceau de repère servant à positionner un sujet ou un objet dans le domaine médical ou industriel. Dispositif comprenant: A) un moyen de support et d'orientation (1, 3) relié à une partie fixe (2) (mur, cloison, plafond); B) un ensemble optique monté pivotant sur le moyen de support et d'orientation (1, 3) et comprenant une source laser (50) formée d'un cristal laser infrarouge et d'un doubleur de fréquence (507) pour émettre une lumière verte, et en sortie de la source laser (50), un moyen de renvoi du faisceau (51, 52) et un groupe de deux miroirs (53, 54) montés en série dans le faisceau, le premier miroir (53) étant semi-transparent et chaque miroir (53, 54) de ce groupe étant suivi chacun d'un système optique (57, 58) étalant les faisceaux suivant deux éventails perpendiculaires.

Description

DISPOSITIF DE POSITIONNEMENT A LASER
La présente invention concerne un dispositif de positionnement à laser créant un faisceau de repère servant à positionner un sujet ou un objet dans le domaine médical ou industriel . 5 II est nécessaire, dans l'industrie ou dans le domaine médical, de repérer des sujets (objets ou personnes) pour effectuer des opérations ou des traitements.
Dans le domaine médical on utilise de tels dispositifs de positionnement pour générer un repère lumineux dans o l'espace servant à positionner ou à repositionner des patients par rapport à différents appareils de thérapie. Ces dispositifs de positionnement sont montés de manière fixe dans une salle de radiothérapie.
De manière générale, grâce à la définition d'une 5 très grande finesse que procurent ces dispositifs de positionnement ils assurent un niveau de sécurité important pour les interventions médicales par amélioration du repérage des zones ou points à traiter.
Les mêmes avantages existent dans le domaine in- () dustriel.
Initialement, on utilisait des dispositifs de positionnement à lumière blanche, comportant des jeux de fentes placés dans le trajet des faisceaux lumineux. Toutefois, ces dispositifs ne permettaient pas un positionnement d'une 5 grande résolution.
Pour améliorer la résolution on a utilisé des lasers hélium-néon émettant de la lumière rouge. Mais ces systèmes sont très encombrants .
Une troisième évolution des dispositifs de repé- o rage à consisté à utiliser une diode laser émettant dans le rouge. (Longueurs d'onde de 632,8 nm et 670 nm) .
Ces dispositifs ont l'avantage d'une excellente précision. Malheureusement leur lisibilité est très réduite car le rayonnement rouge est très facilement absorbé par des
"5 surfaces sombres, par exemple une peau sombre. De ce fait, les repères sont peu visibles pour l'observateur.
La seule solution consisterait à augmenter la puissance des faisceaux. Cette puissance est obligatoirement limitée pour ne pas mettre en danger les praticiens utilisant de telles installations. Actuellement, cette limite de puissance est fixée à 1 mW. Or, une telle puissance n'est pas suffisante pour permettre un positionnement avec un faisceau nettement visible.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un dispositif de positionnement à laser comprenant un cristal laser infrarouge doublé, permettant d'assurer un positionnement ou un repérage très précis sans dépasser les puissances d'émission autorisées .
A cet effet, l'invention concerne un dispositif de positionnement à laser, caractérisé en ce qu'il comprend : A un moyen de support et d'orientation relié à une partie fixe (mur, cloison, plafond) ,
B un ensemble optique monté pivotant sur le moyen de support et d'orientation et comprenant une source laser formée d'un cristal laser infrarouge et d'un doubleur de fréquence pour émettre une lumière verte, et en sortie de la source laser, un moyen de renvoi du faisceau et un groupe de deux miroirs montés en série dans le faisceau, le premier miroir étant semi-transparent et chaque miroir de ce groupe étant suivi chacun d'un système optique étalant les faisceaux suivant deux éventails perpendiculaires et des moyens de réglage pour régler l'orientation des faisceaux sortant de l'ensemble optique.
Le dispositif de positionnement permet un repérage précis même dans de mauvaises conditions de visibilité sans utiliser de faisceau de puissance importante avec des moyens simples à réaliser et à mettre en oeuvre. Le dispositif est d'un encombrement très réduit grâce à sa source de lumière particulièrement efficace. Cette réduction d'encombrement se traduit par une réduction très importante des moyens mécaniques de réglage et de positionnement proprement dits des faisceaux.
Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l' invention : - le moyen de support et d'orientation est formé d'une plaque reliée solidairement à la partie fixe portant une console formée d'une patte fixée de manière réglable à la plaque et d'une embase portant elle-même l'ensemble optique, orienta- ble autour d'un axe.
- les systèmes optiques étalant les faisceaux sont deux lentilles cylindriques réglables.
- l'ensemble optique est monté dans une tourelle formée d'une embase portant un châssis recevant de manière réglable les différents miroirs de renvoi et les moyens d'orientation des faisceaux optiques, en sortie de la source laser, l'ensemble étant couvert d'un capot muni d'une fenêtre.
La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les des- sins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de positionnement à laser solide selon 1 ' invention,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale verti- cale du dispositif de positionnement selon la figure 1,
- la figure 3 est une vue de détail de la source laser.
Selon les figures 1 et 2 , le dispositif de positionnement à laser, solide, comprend un moyen de support et d'orientation portant un ensemble optique lui-même orientable et réglable .
Le moyen de support et d'orientation se compose d'une plaque de fixation 1 reliée solidairement à une partie fixe 2, par exemple un bâtiment (mur, plafond, colonne) por- tant une console réglable 3 dans son orientation. Cette console 3 se compose d'une patte 31 montée sur la plaque 1 par des moyens de fixation et de réglage et d'un socle 32 portant l'ensemble optique.
La console 2 se règle par rapport à la plaque 1, suivant deux directions, par des liaisons à trous oblongs 311, 312 de la patte 31 coopérant avec des bossages (non représentés) appartenant à la plaque 1. Le blocage, une fois l'orientation réalisée, se fait par des vis 313, 314. Cet ensemble optique est intégré dans une tourelle 4 montée de manière pivotante autour d'un axe ZZ dans le socle 32 ; la rotation se commande et/ou se bloque à l'aide d'une vis 33 prévue dans le socle. La tourelle 4 est formée d'une base 41 munie d'un châssis formé de deux flasques 42 reliés par des entretoises 43 et portant l'ensemble optique : la source laser 50, les miroirs de renvoi 51, 52, 53, 54 et les moyens de réglage . Au-delà de la fenêtre de sortie de la source laser 50, le chemin optique comprend un premier miroir de renvoi 51 qui renvoie le faisceau émis sur un second miroir de renvoi 52. Le faisceau 52 attaque un ensemble de deux miroirs 53, 54 dont le premier est semi-transparent ; il ren- voie une partie 55 du faisceau et transmet l'autre partie 56. Le second miroir 54 renvoie un faisceau 56.
En aval des miroirs 53, 54 les faisceaux 55, 56 traversent des systèmes optiques 57, 58 qui étalent chaque faisceau pour former un éventail lumineux de préférence sui- vant une surface plane. Il s'agit par exemple de lentilles cylindriques dont les axes sont perpendiculaires. Ces deux surfaces planes sont perpendiculaires pour former un croisillon sur le point de positionnement.
La figure 3 montre de manière plus détaillée la source laser 50 comprenant, dans une enveloppe 501, une diode laser 502 émettant dans le domaine infrarouge, et dont le faisceau est focalisé par une lentille 503 pour attaquer un cristal YAG 504 dont l'entrée est munie d'un miroir dichroï- que 505 et la sortie d'un miroir de sortie 506. En aval du cristal 504 il y a un doubleur de fréquence intercavitaire 507 qui transforme la lumière infrarouge en lumière verte visible .
Enfin, en aval du miroir de sortie 506 un objectif de focalisation 508 dirige le faisceau vers la fenêtre de sortie 509.
L'ensemble optique est couvert par un capot 43 muni d'une fenêtre 44 pour la sortie des faisceaux 55, 56. L'ensemble optique est monté à rotation par 1 ' embase 22.
Le positionnement et le réglage des faisceaux 55, 56 se fait par les miroirs 52, 53, à l'aide des vis de réglage 521, 522, 523 apparaissant sur le côté du châssis 31 (figure 1) .

Claims

R E V E N D I C A T I O N S 1°) Dispositif de positionnement à laser créant un faisceau de repère servant à positionner un sujet ou un objet dans le domaine médical ou industriel, caractérisé en ce qu'il comprend :
A- un moyen de support et d'orientation (1, 3) relié à une partie fixe (2) (mur, cloison, plafond), B- un ensemble optique monté pivotant sur le moyen de support et d'orientation (1, 3) et comprenant une source laser (50) formée d'un cristal laser infrarouge et d'un doubleur de fréquence (507) pour émettre une lumière verte, et en sortie de la source laser (50) , un moyen de renvoi du faisceau (51, 52) et un groupe de deux miroirs (53, 54) montés en série dans le faisceau, le premier miroir (53) étant semi-transparent et chaque miroir (53, 54) de ce groupe étant suivi chacun d'un système optique (57, 58) étalant les faisceaux suivant deux éventails perpendiculaires et des moyens de réglage pour régler l'orientation des faisceaux sortant de l'ensemble optique (50).
2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de support et d'orientation (1, 3) est formé d'une plaque (1) reliée solidairement à la partie fixe (2) portant une console (3) formée d'une patte (31) fixée de manière réglable à la plaque (1) et d'une embase (32) portant elle-même l'ensemble optique (50), orientable autour d'un axe (ZZ) .
3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les systèmes optiques (57, 58) étalant les faisceaux sont deux lentilles cylindriques réglables.
4°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble optique (50) est monté dans une tourelle (4) formée d'une embase (41) portant un châssis (42) recevant de manière réglable les différents miroirs de renvoi et les moyens d'orientation des faisceaux optiques, en sortie de la source laser (50), l'ensemble étant couvert d'un capot (43) muni d'une fenêtre (44) .
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