DE3203287A1 - Laser meter - Google Patents

Abstract

The invention relates to a laser meter, a portion of a parabolic mirror surface (10) being used as a light-collecting optical system in order to exclude deviation between the light-collecting point of guide beams and the light-collecting point of beams for the laser meter, and to achieve an inexpensive and simple configuration for the entire structure. <IMAGE>

Description

Laser-Messer Laser knife

Die Erfindung betrifft Laser-Messer, insbesondere Verbesserungen bei einem lichtsammelnden optischen System für Laser-Messer.The invention relates to laser knives, and more particularly to improvements in a light-collecting optical system for laser knives.

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.BACKGROUND ART The prior art can be seen in Fig. 1, wherein shows how a conventional laser knife is formed. One recognizes there a laser light source 1. The light rays coming from this light source will be reflected by a reflecting mirror 2 and by a light collecting lens 3 collected so that cut them into a relevant part. the The laser light source to be used for such a knife consists of a carbon dioxide laser or an ND-YAG laser. The wavelengths of such laser beams are in The order of magnitude of 10600 nm for the carbon dioxide laser and of 1060 nm for the ND-YAG laser. This is about invisible light, which is not visible to the naked eye can be perceived.

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.Therefore, another laser light source 4 is used, the visible Emits light. It is thus used, for example, a helium-neon laser, its Rays (commonly called "guide rays") from a reflecting mirror 5 reflected and further from a half mirror 6 (which is a hinged mirror can be) can still be reflected in such a way that the light rays the same Take the same path as the rays coming from light source 1; the rays then become reflected by reflection mirror 2 and collected by light collecting lens 5.

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.The place where the visible light rays from the second laser light source 4 is used to indicate where the cutting edge is Place is, so that if necessary a correction of the cutting position made can be. By using the reflection mirror 2, the light is incidentally 90 degrees because the laser oscillation tube or the like is so large is that it cannot be placed vertically in front of the cut object.

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.While the laser beams of a laser knife according to the aforementioned Cultivation are infrared rays, the light of the guide rays is visible light; the wavelengths of the two light beams differ from one another in such a way that the Positions of the light collecting lenses fall apart accordingly. Depending on the chromatic aberration of the light collecting lenses are the positions of these lenses thus different from each other.

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.Even if the position to be cut using the milling beam is determined, it is accordingly still difficult to clean the object in question to cut. Furthermore, since both infrared rays and visible rays through the converging lens Rays must pass through, special materials such as ZnCE or NaCl can be used for this. Most of these materials can, however difficult to machine, are expensive and have such a high refractive index that the Loss of light when reflected on the lens surface is large and the surface with must be provided with a coating to avoid reflection.

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.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the foregoing, lies The main object of the invention is to create a laser knife which the light collection points of the laser light beams of the laser knife and the Laser light for the guide beams always coincide with one another and are too low Costs can be produced.

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.According to the invention, this object is achieved in that as an optical Collection system for laser light beams is used a mirror that is part of a having parabolic surface as a reflection surface.

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.According to a preferred embodiment of the invention, such parabolic surface part used as a reflective surface, in which the light collection point lies on the vertical line passing through the center of the reflective surface passes through. Incidentally, a parabolic surface can also be used as a reflective surface Use area part in which the light collection point is different in one position from the through the center of the reflective surface is vertical is located so that the laser knife application range can be expanded.

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.According to a further preferred embodiment of the invention the mirror for collecting light rays is slightly larger, so that the Laser light source can be moved relative to the light-collecting mirror and thus the Continuous angle of incidence of the laser light rays on the part to be cut and can be changed freely.

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.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In it is in detail: Fig. 1 is a view of an optical system for a conventional laser knife, as already mentioned.

Fig. 2 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines optischen Systemes für ein Laser-Messer gemäß der Erfindung veranschaulicht.Fig. 2 is a view showing an embodiment of an optical System illustrated for a laser knife according to the invention.

Fig. 5 stellt eine parabolische Spiegelfläche zum Sammeln von Lichtstrahlen dar.Fig. 5 shows a parabolic mirror surface for collecting light rays represent.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines lichtsammelnden Spiegels, der in einem optischen System für ein erfindungsgemäßes Laser-Messer verwendet werden kann.Fig. 4 is a sectional view of a light collecting mirror which can be used in an optical system for a laser knife according to the invention can.

Die Figuren 5, 6, 7A und 7B sind Ansichten von weiteren, Jeweils unterschiedlichen Ausführungsformen eines optischen Systemes für ein erfindungsgemäßes Laser-Messer.Figures 5, 6, 7A and 7B are views of further, each different Embodiments of an optical system for a laser knife according to the invention.

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.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Fig. 2 shows the structure an embodiment according to the invention, in which the light collecting mirror 10 formed from a part of a parabolic mirror surface and instead of the reflection mirror 2 and the light collecting lens 3 in the conventional embodiment shown in FIG. 1 is used. The light rays coming from the laser light source 1 are thus reflected by the light collecting mirror 10 and in its focal point (the Focal point of the parabolic mirror surface). Be the same way the light rays from the laser light source 4 also through the light collecting mirror 10 reflected and collected in the same place.

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.5 shows a sectional view along the Z axis of a paraboloid of revolution mirror surface, wherein the Z-axis is the axis of rotation and serves to produce substantially parallel light beams to collect. If you look at the coordinate system as shown, the cross-section becomes of the parabolic mirror surface is represented by the equation Z = #, for 2r reproduced, where r means a radius of curvature at the apex. Fall the rays of light here one, they will be at a point of Z = 2r (focal point) on the Z axis collected.

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).The parallel rays of light incident on height r are um Diverted 90 degrees and collected in focus. If the height r is equal to the optical one Axis of the laser knife and r is equal to a distance WD between a point 0 on the optical axis of the light collecting mirror 10 and a part P shown in Fig. 2 is to be cut, the light beam from the laser light source can be converted Angled 90 degrees and collected in the required position. For this Basically, the shape of the light-collecting mirror 10 can be part of the parabolic mirror h2 area of Z = #, as illustrated in Fig. 4. The apex of the parabolic Area can be the same in this case the required working distance be (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.In the embodiment described above, the optical Axes of the laser beams from the light sources 1 and 4 by 90 degrees through the light collecting Mirror 10 deflected. By properly selecting the parabolic surface of the light collecting However, the rays can be mirrored with diagonally bent optical axes reflect.

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.Thus, the rays according to FIG. 5 can be directed onto a part parallel to the axis fall by more than the distance r from the Z-axis of the parabolic surface is separated and can be projected diagonally to the bottom left, as in Fig. 6. The rays can then fall on a part that is less than the distance r is separated from the Z-axis and can be projected diagonally at the bottom right. By reflecting the rays with the diagonal downward optical Axis, that part can be illuminated with the rays that is not illuminated by them can be that the beams are angled by 90 degrees, as z. B. then the case is when a polyp is cut out by the application of rays at its base and removed (medical applications). If the light-gathering mirror becomes further away, as illustrated in Figures 7A and 7B, are made slightly larger the relative positions of the laser light sources 1 and 4 and the light collecting one Mirror 10 changed, for example from the arrangement according to FIG. 7A to the arrangement 7B, the angle of incidence of the laser light on the part to be cut can be determined change freely and continuously.

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.As mentioned above, the laser knife according to the invention only exists from a reflection system in which a light collecting mirror, part of a parabolic surface is used instead of a light collecting lens. That's why will there is a high probability that there will be no chromatic aberration due to the optical system evoked. For this reason there is also no deviation in the light collection point between the guide beams and the beams for the laser knife.

Außerdem bedarf es keines teuren Werkstoffes für die Sammellinsen. Der Aufbau kann einfach und billig sein.In addition, there is no need for an expensive material for the converging lenses. Construction can be simple and cheap.

Claims (4)

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. PATENTANS PRÜCHE laser knife, in which rays from laser light-generating Means (1, 4) are generated, characterized in that the beams have an optical Have axes parallel to an axis (Z) of a parabolic surface and collected in a subject object by means of a light collection system to cut or operate on this object, and that a Mirror (10) with part of the parabolic surface as a reflection surface as a light-collecting surface optical system is used. 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.2. Laser knife according to claim 1, characterized in that the parabolic Part of the area at which the light collection point is on the vertical line through the Passes through the center of the reflective surface as the reflective surface of the mirror is used. 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.3. Laser knife according to claim 1, characterized in that the parabolic Area part in which the light collection point is in a position different from the There is a vertical line passing through the center of the reflective surface, is used as the reflective surface of the mirror. 4. Laser-Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen von Laserlicht relativ zum Spiegel verschoben werden können.4. Laser knife according to claim 1, characterized in that the means can be moved relative to the mirror to generate laser light.