DE3203287A1 - Laser-messer - Google Patents

Description

• Laser-Messer
• Die Erfindung betrifft Laser-Messer, insbesondere Verbesserungen bei einem lichtsammelnden optischen System für Laser-Messer.
• STAND DER TECHNIK Der Stand der Technik ergibt sich aus Fig. 1, worin dargestellt ist, wie ein herkömmliches Laser-Messer gebildet wird. Man erkennt dort eine Laser-Lichtquelle 1. Die aus dieser Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen werden von einem reflektierenden Spiegel 2 reflektiert und von einer Lichtsammellinse 3 gesammelt, so daß sie in ein betreffendes Teil einschneiden. Die zu verwendende Laser-Lichtquelle fUr ein derartiges Messer besteht aus einem Kohlendioxyd-Laser oder einem ND-YAG-Laser. Die Wellenlängen derartiger Laser-Strahlen liegen in der Größenordnung von 10600 nm beim Kohlendioxyd-Laser und von 1060 nm beim ND-YAG-Laser. Dabei handelt es sich um nicht sichtbares Licht, das somit mit dem bloßen Auge nicht wahrgenommen werden kann.
• Deshalb wird eine weitere Laser-Lichtquelle 4 verwendet, die sichtbares Licht aussendet. Es wird somit beispielsweise ein Helium-Neon-Laser verwendet, dessen Strahlen (im allgemeinen "FUhrungsstrahlen" genannt) von einem Reflektionsspiegel 5 reflektiert und weiterhin von einem Halbspiegel 6 (der ein aufklappbarer Spiegel sein kann) weiterhin derart reflektiert werden können, daß die Lichtstrahlen denselben Weg wie die aus Lichtquelle 1 kommenden Strahlen nehmen; die Strahlen werden sodann von Reflektionsspiegel 2 reflektiert und von Lichtsammellinse 5 gesammelt.
• Der Ort, an welchem die sichtbaren Lichtstrahlen von der zweiten Laser-Lichtquelle 4 gesammelt werden, wird dazu verwendet, um anzuzeigen, wo sich die schneidende Stelle befindet, so daß gegebenenfalls eine Korrektur der Schneidposition vorgenommen werden kann. Durch Verwendung des Reflektionsspiegels 2 wird im Ubrigen das Licht um 90 Grad abgewinkelt, da die Laser-Oszillationsröhre oder dergleichen derart groß ist, daß sie nicht vertikal vor dem geschnittenen Gegenstand angeordnet werden kann.
• Während die Laserstrahlen eines Lasermessers gemäß dem vorgenannten Anbau Infrarotstrahlen sind, ist das Licht der Führungsstrahlen sichtbares Licht; die Wellenlängen der beiden Lichtstrahlen weichen derart voneinander ab, daß die Positionen der lichtsammelnden Linsen entsprechend auseinanderfallen. Je nach der chromatischen Aberration der Lichtsammellinsen sind die Positionen dieser Linsen somit verschieden voneinander.
• Selbst wenn die zu schneidende Position unter Verwendung des PUhrungsstrahles ermittelt wird, so ist es demgemäß noch schwierig, den betreffenden Gegenstand sauber zu schneiden. Da ferner durch die Sammellinse sowohl Infrarotstrahlen als auch sichtbare Strahlen hindurchtreten, müssen besondere Werkstoffe wie beispielsweise ZnCE oder NaCl hierfür verwendet werden. Die meisten dieser Werkstoffe lassen sich jedoch schwer bearbeiten, sind teuer und haben einen derart hohen Brechungsindex, daß der Lichtverlust bei der Reflektion auf der Linsenfläche groß ist und die Fläche mit einem Uberzug versehen werden muß, um die Reflektion zu vermeiden.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Im Hinblick auf das Vorausgesagte liegt der Erfindung vor allem die Aufgabe zugrunde, ein Laser-Messer zu schaffen, bei welchem die Lichtsammelpunkte der Laser-Lichtstrahlen des Laser-Messers und des Laser-Lichtes für die Führungsstrahlen stets miteinander zusammenfallen und zu geringen Kosten herstellbar sind.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als optisches Sammelsystem für Laserlichtstrahlen ein Spiegel verwendet wird, der einen Teil einer parabolischen Fläche als Reflektionsfläche aufweist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein solcher parabolischer Flächenteil als reflektierende Fläche verwendet, bei welchem der Lichtsammelpunkt auf der vertikalen Linie liegt, die durch das Zentrum der reflektierenden Fläche hindurchgeht. Im Ubrigen läßt sich als reflektierende Fläche auch ein parabolischer Flächenteil verwenden, bei welchem sich der Lichtsammelpunkt in einer Position abweichend von der durch das Zentrum der reflektierenden Fläche gehenden Vertikalen befindet, so daß der Laser-Messer-Anwendungsbereich erweitert werden kann.
• Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Spiegel für das Sammeln von Lichtstrahlen etwas größer bemessen, so daß die Laser-Lichtquelle relativ zum lichtsammelnden Spiegel bewegt werden und damit der Einfallswinkel der Laser-Lichtstrahlen auf den zu schneidenden Teil kontinuierlich und frei verändert werden kann.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt: Fig. 1 ist eine Ansicht eines optischen Systemes für ein herkömmliches Laser-Messer, wie bereits erwähnt.
• Fig. 2 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines optischen Systemes für ein Laser-Messer gemäß der Erfindung veranschaulicht.
• Fig. 5 stellt eine parabolische Spiegelfläche zum Sammeln von Lichtstrahlen dar.
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines lichtsammelnden Spiegels, der in einem optischen System für ein erfindungsgemäßes Laser-Messer verwendet werden kann.
• Die Figuren 5, 6, 7A und 7B sind Ansichten von weiteren, Jeweils unterschiedlichen Ausführungsformen eines optischen Systemes für ein erfindungsgemäßes Laser-Messer.
• BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher der Lichtsammelspiegel 10 aus einem Teil einer parabolischen Spiegelfläche gebildet und anstelle des Reflektionsspiegels 2 und der Lichtsammellinse 3 bei dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendet wird. Die aus der Laser-Lichtquelle 1 kommenden Lichtstrahlen werden somit durch den Lichtsammelspiegel 10 reflektiert und in dessen Brennpunkt (dem Brennpunkt der parabolischen Spiegelfläche) gesammelt. Auf gleiche Weise werden die Lichtstrahlen aus der Laser-Lichtquelle 4 ebenfalls durch den Lichtsammelspiegel 10 reflektiert und an derselben Stelle gesammelt.
• Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Achse Z einer Rotationsparaboloid-Spiegelfläche, wobei die Z-Achse die Drehachse ist und dazu dient, im wesentlichen parallele Lichtbündel zu sammeln. Betrachtet man das Koordinatensystem wie dargestellt, so wird der Querschiitt der parabolischen Spiegelfläche durch die Gleichung Z = # wiedergegeben, beir 2r wiedergegeben, wobei r einen Krümmungsradius am Scheitel bedeutet. Fallen die Lichtstrahlen hier ein, so werden sie an einer Stelle von Z = 2r (Brennpunkt) auf der Z-Achse gesammelt.
• Die auf die Höhe r einfallenden parallelen Lichtstrahlen werden um 90 Grad abgelenkt und im Brennpunkt gesammelt. Ist die Höhe r gleich der optischen Achse des Laser-Messers und ist r gleich einem Abstand WD zwischen einem Punkt 0 auf der optischen Achse des Lichtsammelspiegels 10 und einem Teil P, der in Fig. 2 zu schneiden ist, so kann das Lichtstrahlenbündel aus der Laser-Lichtquelle um 90 Grad abgewinkelt und in der erforderlichen Position gesammelt werden. Aus diesem Grunde kann die Form des lichtsammelnden Spiegels 10 Teil der parabolischen Spiegelh2 fläche von Z = # sein, so wie in Fig. 4 veranschaulicht. Der Scheitel der parabolischen Fläche kann in diesem Falle gleich dem erforderlichen Arbeitsabstand sein (r = WD).
• Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die optischen Achsen der Laserstrahlen aus den Lichtquellen 1 und 4 um 90 Grad durch den lichtsammelnden Spiegel 10 abgelenkt. Durch richtiges Auswählen der parabolischen Fläche des lichtsammelnden Spiegels lassen sich die Strahlen jedoch mit diagonal gebeugten optischen Achsen reflektieren.
• So können die Strahlen gemäß Fig. 5 parallel zur Achse auf ein Teil einfallen, der um mehr als den Abstand r von der Z-Achse der parabolischen Fläche getrennt ist und können diagonal nach links unten projiziert werden, so wie in Fig. 6. Die Strahlen können sodann auf ein Teil einfallen, das um weniger als den Abstand r von der Z-Achse getrennt ist, und können diagonal rechts unten projiziert werden. Durch Reflektieren der Strahlen mit der diagonal nach unten gerichteten optischen Achse läßt sich jener Teil mit den Strahlen beleuchten, der nicht dadurch beleuchtet werden kann, daß die Strahlen um 90 Grad abgewinkelt werden, wie dies z. B. dann der Fall ist, wenn ein Polyp durch Anwendung der Strahlen an dessen Basis herausgeschnitten und entfernt wird (medizinische Anwendungen). Wird der lichtsammelnde Spiegel ferner, so wie in den Fig. 7A und 7B veranschaulicht, etwas größer gestaltet und werden die relativen Positionen der Laser-Lichtquellen 1 und 4 und des lichtsammelnden Spiegels 10 verändert, beispielsweise von der Anordnung gemäß Fig. 7A zur Anordnung 7B, so läßt sich der Einfallswinkel des Laserlichtes auf den zu schneidenden Teil frei und kontinuierlich verändern.
• Wie oben erwähnt, besteht das Laser-Messer gemäß der Erfindung nur aus einem Reflektionssystem, bei welchem ein Lichtsammelspiegel, der Teil einer parabolischen Fläche ist, anstelle einer Lichtsammellinse verwendet wird. Deshalb wird durch das optische System mit großer Wahrscheinlichkeit keine chromatische Aberration hervorgerufen. Aus diesem Grunde gibt es auch keine Abweichung des Lichtsammelpunktes zwischen den FUhrungsstrahlen und den Strahlen für das Laser-Messer.
• Außerdem bedarf es keines teuren Werkstoffes für die Sammellinsen. Der Aufbau kann einfach und billig sein.

Claims (4)

1. PATENTANS PRÜCHE Laser-Messer, bei welchem Strahlen aus Laserlicht-erzeugenden Mitteln (1, 4) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen eine optische Achse haben, die parallel zu einer Achse (Z) einer parabolischen Fläche verlaufen und die in einem betreffenden Gegenstand mittels eines Lichtsammelsystemes gesammelt werden, um diesen Gegenstand zu schneiden oder an ihm zu operieren, und daß ein Spiegel (10) mit einem Teil der parabolischen Fläche als Reflektionsfläche als lichtsammelndes optisches System verwendet wird.
2. 2. Laser-Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parabolische Flächenteil, bei welchem der Lichtsammelpunkt auf der Vertikallinie, die durch das Zentrum der reflektierenden Fläche hindurchtritt, als Reflektionsfläche des Spiegels verwendet wird.
3. 3. Laser-Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parabolische Flächenteil, bei welchem der Lichtsammelpunkt in einer Position abweichend von der Vertikallinie angeordnet ist, die durch das Zentrum der reflektierenden Fläche geht, als reflektierende Fläche des Spiegels verwendet wird.
4. 4. Laser-Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen von Laserlicht relativ zum Spiegel verschoben werden können.