Способ управления интенсивностью обрабатывающего пучка света,направляемого в заданную область удаленного объекта,и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G02F1/17 

Изобретение относится к оптике и. может быть использовано в системах,, предназначенных для воздействия лазерным излучением на биологические объекты.

Цель изобретения - упрощение управления интенсивностью обрабатывающего пучка в заданной точке удаленного объекта и уменьшение габаритов управляющего устройства.

На фиг, 1 представлена функцио- .Нальная оптическая схема устройства . в наведенном на объект положении; на фиг. 2 - положения плоскости объекта облучения при различных этапах наведения пучков излучения на объект; на фиг. 3 - оптический репер измерительного пучка больше реперов визуализирующего и обрабатывающего пучков; на фиг, 4 - вариант наведения в точку фокуса оптической системы (репер обрабатывающего пучка минимальный); на фиг. 5 - вариант точного наведения (все реперы совпадают); на фиг. 6 - реперы визуализирующего и обрабатывающего пучков больше репера измери- тельного пучка.

Визуализирующий пучок 1 от источника 2 видимого излучения с помощью формирующей оптики 3 и калибрующей диафрагмы 4 направляют коаксиально измерительному пучку 5 от источника 6 излучения на о-блучаемый объект 7. Измерительный пучок 5 калибруют с по5 по нормали к поверхности 7. Диаметр измерительного репера не меняется вследствие коллинеарности пучка 5 и

( определяет площадь облучения поверхности, .

Зеркала-14 можно выполнить с интерференционным покрытием. Переменные диафрагмы 4 и 8 имеют калибровку

10 в единицах интенсивности света. Ис--- точниками 2,6 и, 10 могут быть как лазерные, так и нелазерные источники оптического излучения, а формирователями пучков - оптические системы,

15 например фокальные типа Кеплера, Галилея или конические с диафрагмами и фокусирующие элементы (объективы, коллиматоры), поставленные в ход пучков. Эти же формирователи можно использовать для компенсации оптических аббераций при юстировке системы.

Механическое перемещение элементов устройства возможно осуществить с использованием известных манипуляторов лазерных установок ,с оптическими шарнирами.

Устройство включает функциональное объединение обрабатывающего канала (источник 10, зеркала 14, объектив 11) и визуализирующего канала (источник 2, оптическая система 3, диафрагма 4, зеркала 14, объектив

20

25

30

i1) они отъюстированы таким образом, что пучки 1 и 9 после объектива 11 пространственно совпадают. Измери- мощью задающей диафрагмы 8, связанной 35 тельный канал (источник 6, оптичес- с измерительным устройством. Визуали- кая система 12, диафрагма 8, зерказирующий 1 и измерительный 5 пучки перемещают вдоль их общей по отношению к объекту 7 оси, до совпадения их диаметров в плоскости объекта 7, достигая положения, .показанного на фиг. 1 и 5. После этого включают пучок обрабатывающего излучения 9 от источника 10, например лазера, которое, пройдя через фокусирующий объектив 1 1, пространственно совпадает с визуализирующим пучком 1, Операцию калибрования пучка лучей осуществляют следующим образом. Пучок 5 излучения от источника 6 направляют на формирующую оптику 12, с помощью которой его лучи становятся коллинеар- ными, а затем с помощью диафрагмы 8 устанавливают необходимый диаметр коллинеарной части измерительного - пучка 5. Этот диаметр повторяется на поверхности объекта 7, где освещается область 13 наведения (оптический измерительный репер) при падении пучка

40

45

ло 14) установлен таким образом, что пучки всех трех каналов на выходе установки соосны. Наводка устройства осуществляется перемещением его вдоль оптической оси пучка 5, при этом не меняется его репер на объекте 7, точно обозначая границы области облучения, при совпадении с которыми реперов пучков 1 и 9 обеспечивается необходимый режим облучения. Реперы пучков 1 и 9 при перемещении относительно плоскости объекта 7 обг лучения изменяют свои размеры. При этом в зависимости от положения 15 - 18 плоскости объекта 17. обеспечивается точное наведение двух режимов обработки: режим облучения, обозначенный репером управляющего пучка 5- 55 в положении 17 и режим максимальной плотности мощности облучения, соответствующий точке фокусировки - в положении 15„ Формы реперов, соответствующие плоскостям 15-185 показаны

50

5 по нормали к поверхности 7. Диаметр измерительного репера не меняется вследствие коллинеарности пучка 5 и

определяет площадь облучения поверхности, .

Зеркала-14 можно выполнить с интерференционным покрытием. Переменные диафрагмы 4 и 8 имеют калибровку

в единицах интенсивности света. Ис--- точниками 2,6 и, 10 могут быть как лазерные, так и нелазерные источники оптического излучения, а формирователями пучков - оптические системы,

например фокальные типа Кеплера, Галилея или конические с диафрагмами и фокусирующие элементы (объективы, коллиматоры), поставленные в ход пучков. Эти же формирователи можно использовать для компенсации оптических аббераций при юстировке системы.

Механическое перемещение элементов устройства возможно осуществить с использованием известных манипуляторов лазерных установок ,с оптическими шарнирами.

Устройство включает функциональное объединение обрабатывающего канала (источник 10, зеркала 14, объектив 11) и визуализирующего канала (источник 2, оптическая система 3, диафрагма 4, зеркала 14, объектив

0

5

ло 14) установлен таким образом, что пучки всех трех каналов на выходе установки соосны. Наводка устройства осуществляется перемещением его вдоль оптической оси пучка 5, при этом не меняется его репер на объекте 7, точно обозначая границы области облучения, при совпадении с которыми реперов пучков 1 и 9 обеспечивается необходимый режим облучения. Реперы пучков 1 и 9 при перемещении относительно плоскости объекта 7 обг лучения изменяют свои размеры. При этом в зависимости от положения 15 - 18 плоскости объекта 17. обеспечивается точное наведение двух режимов обработки: режим облучения, обозначенный репером управляющего пучка 5- 5 в положении 17 и режим максимальной плотности мощности облучения, соответствующий точке фокусировки - в положении 15„ Формы реперов, соответствующие плоскостям 15-185 показаны

0

на фиг. 3-6, При отклонении пучков от нормали к поверхности объекта форма реперов асимметрична. При увеличении диаметра репера визуализирующего пучка 1 (фиг. 6) плотность мощности ниже заданной, а При уменьшени (фиг. 3) выше. Для большего контраста реперов на объекте желательно использовать измерительный и визуализирующий пучки разных цветов, например красный и зеленый. При постоянных параметрах излучателей работа устройства сводится к заданию гео- метрической площади облучаемого пятна (репера),

Используют пучок углекислотного лазера длиной волны излучения 10, 6 мкм в качестве обрабатывающего пучка. Визуализирующим пучком служит свет гелий-неонового лазера с кепле- ровской афокальной системой, обеспечивающей совпадение пучков на выходе солевой оптической системы. Измери- тельный пучок получают от косной лам пы со светофильтр-ом, сформирован с помощью галилеевской оптической системы и откалиброван диафрагмами.

Формула изобретения

1. Способ управления интенсивностью обрабатывающего пучка света, направляемого в заданную область удаленного объекта, включающий пространственное совмещение визуализирующего и обрабатывающего пучков, направление на объект визуализирующего пучка и измерительного пучка, задание площади облучаемой поверхности удаленного объекта параллельным смещением пучков, отли.чающи й- с я тем, что, с целью упрощения управления интенсивностью обрабатываю-

0

5

5

0

0

щего пучка и уменьшения габаритов управляющего устройства, измерительный пучок на объекте смещают поперек оси обрабатывающего пучка до совпадения осей визуализирующего и измерительного пучков, пересекающих поверхность удаленного объекта в заданной области, а пространственное совмещение визуализирующего и обрабатывающего пучков осуществляют путем перемещения управляющего устройства вдоль общей оси пучков до совпадения диаметров визуализирующего и измерительного пучков на поверхности удаленного объекта.

2. Устройство для управления интенсивностью обрабатывающего пучка света, направляемого в заданную область удаленного объекта, содержащее источники обрабатывающего визуализирующего и измерительного пучков света, зеркала, диафрагму и фокусирующий объектив, отличающее- с я тем, что, с целью упрощения управления интенсивностью обрабатывающего пучка и уменьшения габаритов устройства, оно дополнительно содержит элементы для пространственного, перемещения обрабатывающего, визуализирующего и измерительного пучков

пересечении визуализирующего и обрабатывающего пучков таким образом, что

35 оси этих пучков после первого зеркала совпадают, второе зеркало установлено на пересечении измерительного и визуализирующего пучков между первым-зеркалом и объектом, фокусирую щий объектив расположен между зеркалами, причем диафрагма установлена на оси измерительного пучка перед вторым зеркалом.

liZ.k

Фиг.З

Фиг. 6

Изобретение относится к оптике . и может быть использовано в системах, предназначенных для воздействия лазерным излучением на биологические объекты. Цель изобретения - упрощение управления интенсивностью обрабатывающего пучка в заданной точке удаленного объекта и уменьшение габаритов управляющего устройства. Визуализирующий пучок 1 от источника 2 видимого излучения с помощью формиру ющей оптической системы 3 и калибрующей диафрагмы 4 направляют коакси- ально измерительному пучку 5 от источника 6 излучения. Эти пучки направляют на облучаемый объект 7. Измерительный пучок 5 калибруют с помощью задающей диафрагмы 8, связанной с измерительным устройством. Визуализирующий 1 и измерительный 5 пучки перемещают вдоль их общей по отношению к объекту 7 оси до совпадения их диаметров в плоскости объекта 7. После этого включают пучок обрабатывающего излучения 9 от источника 10, который после прохождения через фокусирующий объектив 11 пространственно совпадает с визуализирующим пуч- , ком 1. В процессе калибровки пучок 5 излучения от источника 6 направляют на формирующую оптическую систему 12 и с помощью диафрагмы 8 устанавливают необходимый диаметр измерительного пучка 5. 2 с.п. ф-лы, 6 ил. (Л Ьо со со со x/VvVT/

Редактор Н, Рогулич

Составитель В. Рандошкин

Техред М.ДидыкКорректор Н, Король

Заказ 4216/35Тираж 521

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное