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DE19703515C1 - Fibre optical light conductor and method of mfr. for illumination or image transfer - Google Patents

Fibre optical light conductor and method of mfr. for illumination or image transfer

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Publication number
DE19703515C1
DE19703515C1 DE1997103515 DE19703515A DE19703515C1 DE 19703515 C1 DE19703515 C1 DE 19703515C1 DE 1997103515 DE1997103515 DE 1997103515 DE 19703515 A DE19703515 A DE 19703515A DE 19703515 C1 DE19703515 C1 DE 19703515C1
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DE
Germany
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light guide
fiber optic
glass sleeve
glass
fiber
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Expired - Lifetime
Application number
DE1997103515
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German (de)
Inventor
Walter Dr Mueller
Klaus-Dieter Probst
Klaus Tittl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MUELLER, WALTER, DR., 07745 JENA, DE
PROBST, KLAUS-DIETER, 07778 DORNDORF-STEUDNITZ, DE
TITTL, KLAUS, 07749 JENA, DE
Original Assignee
PROBST KLAUS DIETER
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/40—Mechanical coupling means having fibre bundle mating means
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

The light conductor contains a bundle of fibres which can be inserted at one end into a defined holder and performs an optically effective function. The end of the conductor to be inserted into the holder is first compressed in a glass sleeve. The glass sleeve is removed before the end is inserted into the holder. The glass sleeve has a higher thermal coefficient than the glass fibres of the light conductor to enable the latter to be compressed.

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Lichtleiter und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß der Gattung der Patentansprüche, der insbesondere zur Verwendung in der Medizin­ technik bestimmt ist. Bspw. werden in der Endoskopie zur Licht- und Bildübertragung flexible Hochleistungslichtleiter benötigt.The invention relates to a fiber optic light guide and a method for its production according to the genus of the claims, particularly for use in medicine technology is determined. E.g. become flexible in endoscopy for light and image transmission High-performance light guide needed.

Bekanntlich werden in der Medizintechnik optische Faserbündel verwendet, deren Enden ver­ klebt, in Metallhülsen gefaßt und danach optisch bearbeitet werden. Der Nachteil dieser Anord­ nung besteht nicht nur in der Schaffung umfangreicher Klebeverbindungen, sondern auch darin, daß die mit Klebemittel ausgefüllten Bereiche der Lichtübertragung nicht zugänglich sind. Eine Verbesserung der Lichtübertragung, bezogen auf den Lichtleiterquerschnitt, ergibt sich durch Verschmelzung einzelner Lichtleitfasern in einem Glasrohr unter Vakuum, wodurch die Packungsdichte erhöht wird, siehe das Buch von R. Tiedecken, Faseroptik und ihre Anwendun­ gen, Leipzig 1967, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Seite 101. Dadurch entste­ hen allerdings nichtflexible Fasersysteme, die auch zu konischen Fasern ausgezogen werden können. Die Erhöhung der Packungsdichte an den Lichtleiterenden wird gemäß DE-PS 11 80 210 dadurch erreicht, daß die einzelnen Fasern einem definierten Druck bei einer bestimmten Tem­ peratur ausgesetzt werden. Hierzu sind spezielle Preßformen ebenso erforderlich wie die Einhal­ tung reproduzierbarer Druckbedingungen über den gesamten Faserquerbündelquerschnitt.As is known, optical fiber bundles are used in medical technology, the ends of which ver sticks, put in metal sleeves and then processed optically. The disadvantage of this arrangement not only consists in creating extensive adhesive bonds, but also in that the areas of light transmission filled with adhesive are not accessible. A Improvement of the light transmission, based on the light guide cross section, results from Fusion of individual optical fibers in a glass tube under vacuum, which causes the Pack density is increased, see the book by R. Tiedecken, fiber optics and their application gen, Leipzig 1967, Academic Publishing Company Geest & Portig, page 101. This creates However, non-flexible fiber systems that are also drawn out to conical fibers can. The increase in the packing density at the light guide ends is according to DE-PS 11 80 210 achieved in that the individual fibers a defined pressure at a certain tem exposed to temperature. For this purpose, special molds are required as well as the neck reproducible printing conditions across the entire fiber cross-section.

Ein ähnliches Verfahren ist in der DE 26 30 730 C2 unter Angabe besonderer Werkzeuge be­ schrieben, mit denen ein von seiner Umhüllung in der Nähe des Jeweiligen Werkzeugs befreites optisches Kabel ohne Aufspleißungen oder Aufwölbungen der äußeren Fasern gefaßt und ver­ dichtet werden kann. Dabei werden Metall- und/oder Glaszwingen verwendet, die sich aber bei der späteren Verwendung in Geräten mit vorgegebenen Fassungen für die Kabelenden störend auswirken.A similar process is described in DE 26 30 730 C2 specifying special tools wrote with which one was freed from its wrapping in the vicinity of the respective tool optical cable without splicing or bulging the outer fibers and ver can be sealed. Metal and / or glass clamps are used, but are for later use in devices with specified sockets for the cable ends disruptive.

Bekannt ist auch das Einschmelzen der Faserenden in einem Glasrohr unter Vakuum, analog zur o. g. Herstellung nichtflexibler Fasersysteme, siehe DE 36 20 368 C2. Die derart mit dem Glas­ rohr und untereinander verschmolzenen Lichtleitfasern werden gemeinsam optisch bearbeitet. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß bei notwendiger Verwendung von vorgegebenen nicht optischen, bspw. metallischen Fassungen die Glasrohrummantelungen an den Enden einer effek­ tiven Lichteinkoppelung entgegenstehen, weil durch sie kein Licht übertragen wird. Auch die Lichtauskopplung ist problembehaftet, da analoge Kopplungsverluste auftreten. Darüber hinaus müssen ggf. die Anschlußmaße von Lichtleiter und Fassung geändert werden, damit den Lichtleiter gleiche Lichtmengen passieren können.It is also known to melt the fiber ends in a glass tube under vacuum, analogous to o. g. Manufacture of non-flexible fiber systems, see DE 36 20 368 C2. The one with the glass Pipe and fused optical fibers are processed optically together. The disadvantage of this arrangement is that if the use of predetermined ones is not necessary optical, for example. metallic frames the glass tube jackets at the ends of an effec opposing light coupling because no light is transmitted through them. Also the  Light decoupling is problematic because of analog coupling losses occur. In addition, the connection dimensions of the light guide may be necessary and version are changed so that the light guide equal amounts of light can happen.

Schließlich ist es aus der Firmendruckschrift 10029 d 0991 2.0 eg "Lichtleiterstäbe von Schott" bekannt, an fertige faseroptische Lichtleiter Faserkegel als getrennte optische Bauteile anzukoppeln. Dabei entstehen allerdings deutliche optische Lichtverluste.After all, it is from company publication 10029 d 0991 2.0 eg "Optical fiber rods from Schott" known, for finished fiber optic light guides Coupling fiber cones as separate optical components. This creates however significant optical light losses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen faseroptischen Lichtleiter zur Beleuchtung und/oder Bildübertragung zu schaffen, der ein Maximum an Lichteinkopplung zuläßt und der mit mindestens einem seiner Enden in ein vorgegebenes, bspw. gerätebedingtes Fassungssystem einpaßbar ist.The invention is therefore based on the object of a fiber optic Light guide for lighting and / or image transmission to create the one Allows maximum coupling of light and that with at least one its ends in a predetermined, for example device-related, frame system is fit.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Erst in der vorgegebenen, gerätebedingten Fassung wird die zugehörige Endfläche des Faserbündels geschliffen und poliert. Zum Aufschrumpfen der Glashülse durch Kollabieren des mindestens einen Endes des flexiblen faseroptischen Lichtleiters besteht die Glashülse aus einem Material, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das Material der Fasern, wodurch die Glashülse beim Abkühlen nach den Kollabieren abplatzt und nur das tatsächlich lichtführende Material des Lichtleiterendes in die vorgegebene Fassung eingeführt wird. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit des Kollabierens des faseroptischen Lichtleiters ist durch die Verwendung einer Zwischenschicht in Form eines Glasseidenflechtschlauchs zwischen den Glasfasern und der Glashülse gegeben. Wenn der Glasseidenflechtschlauch eine höhere Erweichungstemperatur hat als die Glashülse und der Lichtleiter, wird er nicht erweicht, es kommt nicht zu Verklebungen. Die Glashülse läßt sich mit dem Glasseidenflechtschlauch mühelos vom kollabierten Lichtleiterende abziehen.According to the invention, this object is achieved by the characterizing Features of the first claim solved. Only in the given device-related version is the associated end face of the fiber bundle ground and polished. To shrink the glass sleeve through Collapse of the at least one end of the flexible fiber optic The glass sleeve is made of a material that is a higher optical fiber has coefficient of thermal expansion as the material of the fibers, which causes the glass sleeve to flake off after cooling after collapsing and only the actually light-guiding material of the light guide end into the prescribed version is introduced. Another beneficial one The possibility of the fiber optic light guide collapsing is due to the Use of an intermediate layer in the form of a Glass fiber braid hose between the glass fibers and the glass sleeve given. If the fiberglass braid tube is a higher one Has softening temperature than the glass sleeve and the light guide, it will does not soften, there is no sticking. The glass sleeve can be effortlessly from collapsing with the glass silk braid tube Pull off the light guide end.

Zur Vermeidung von Lichteinkopplungsverlusten zwischen der Glasfaserendfläche und einem angesetzten Faserkonus sind die in die Fassung einführbaren Enden der Glasfasern selbst konisch ausgezogen. To avoid light coupling losses between the Glass fiber end face and an attached fiber cone are in the Insertable ends of the glass fibers themselves tapered.  

Die konische Gestaltung des Lichtleiters, die nicht an die Fassung gebunden ist, ermöglicht nicht nur eine Lichtkonzentration und Ausleuchtung eines großen Raumwinkels, sondern auch die maximale Ausnutzung der vorhandenen Lichtenergie. Da beim konischen Ausziehen der Glasfasern höhere Temperaturen notwendig sind als beim Kollabieren, kann es zum Verglasen auch des Glasseidenflechtschlauches kommen. In diesem Fall kann der verglaste Flechtschlauch mit der Glashülse bspw. durch Abschleifen beseitigt werden.The conical design of the light guide that does not match the socket not only allows light concentration and Illumination of a large solid angle, but also the maximum Utilization of the existing light energy. Because when pulling out conically the glass fibers higher temperatures are necessary than with Collapse, it can also glaze the fiberglass braid tube come. In this case, the glazed braided hose with the Glass sleeve can be removed, for example, by grinding.

Die erfindungsgemäße Herstellung eines vorstehend beschriebenen faseroptischen Lichtleiters erfolgt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des siebten oder achten Patentanspruchs. Dabei wird auf mindestens ein Lichtleiterende eine Glashülse aufgeschrumpft und dafür gesorgt, daß diese sich nicht dauerhaft mit den Glasfasern bzw. mit deren Ummantelungen verbindet. Dies geschieht dadurch, daß die Glashülse aus einem Material hergestellt wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient höher ist als der des Fasermaterials, oder daß die Glashülse zwar aus einem Material mit demselben Ausdehnungskoeffizienten hergestellt wird wie die Glasfasern, daß aber zwischen Glashülse und Glasfasern eine Zwischenschicht eingebracht wird, deren Erweichungspunkt höher liegt als der von Glasfasern und Glashülse. Bspw. liegen die Erweichungspunkte der Glasfasern und Glashülse bei 715°C und der Zwischenschicht bei 900°C. Der zur Kollabierung des Lichtleiterendes erforderliche Unterdruck beträgt 0,2 bar und die zugehörige Temperatur 720°C; Unterdruck und Temperatur werden 3 min beibehalten. Danach erfolgen die Herstellung von Normaldruck und die Abkühlung auf Raumtemperatur sowie die Einführung des mindestens einen Lichtleiterendes in die vorgegebene Gerätefassung, die Befestigung des Lichtleiterendes in dieser Fassung und das Schleifen und Polieren der entsprechenden Lichtleiterendfläche.The inventive production of one described above fiber optic light guide takes place according to the characteristic Features of the seventh or eighth claim. Doing so at least one fiber optic end shrunk on a glass sleeve and for it made sure that these are not permanent with the glass fibers or with their Sheathing connects. This happens because the glass sleeve is made of a material is manufactured, the thermal Expansion coefficient is higher than that of the fiber material, or that the Glass sleeve made of a material with the same Expansion coefficient is produced like the glass fibers, but that an intermediate layer is introduced between the glass sleeve and glass fibers whose softening point is higher than that of glass fibers and Glass sleeve. E.g. are the softening points of the glass fibers and Glass sleeve at 715 ° C and the intermediate layer at 900 ° C. The for Collapse of the light guide end required vacuum is 0.2 bar and the associated temperature 720 ° C; Vacuum and temperature are maintained for 3 min. Then the production of Normal pressure and the cooling to room temperature as well as the Introduction of the at least one light guide end into the specified one Device socket, the attachment of the light guide end in this version and grinding and polishing the corresponding light guide end surface.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es möglich, das mindestens eine Lichtleiterende und damit jede Faser des Lichtleiters konisch zu gestalten. Das geschieht vorteilhaft im kollabierten Zustand, in dem die Glashülse noch aufgeschrumpft ist. Dabei wird das Lichtleiterende auf 730°C erwärmt und auf dieser Temperatur 5 min gehalten. Das Ausziehen des Lichtleiterendes geschieht unter Zugbelastung, die schon durch das Eigengewicht des freien Endes der glasfasergefüllten Glashülse gegeben sein kann. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glashülse liegt dabei mit α = 10 . 10-6 K-1 über dem des Lichtleiterendes mit α = 8 . 10-6 K-1. Wird das Lichtleiterende auf Raumtemperatur abgekühlt, so platzt das Hülsenmaterial vom Lichtleiter ab, und übrig bleibt der bloße Lichtleiter, der in die vorgegebene Fassung eingeführt und mit ihr verklebt wird. Der so gefaßte Lichtleiter wird an seiner gefaßten Endfläche geschliffen und poliert. Nach dem vorbeschriebenen Verfahren können auch beide Enden bzw. Endflächen des faseroptischen Lichtleiters behandelt werden. Die vorstehend angegebenen Temperatur-, Druck-, Zeit- und Ausdehnungswerte sind Beispielswerte.According to a further feature of the invention, it is possible to make the at least one light guide end and thus each fiber of the light guide conical. This happens advantageously in the collapsed state, in which the glass sleeve is still shrunk. The end of the light guide is heated to 730 ° C and held at this temperature for 5 min. The optical fiber end is pulled out under tensile load, which can already be given by the weight of the free end of the glass fiber-filled glass sleeve. The thermal expansion coefficient of the glass sleeve is α = 10. 10 -6 K -1 above that of the light guide end with α = 8. 10 -6 K -1 . If the end of the light guide is cooled to room temperature, the sleeve material breaks off from the light guide, and what remains is the bare light guide, which is inserted into the specified version and glued to it. The light guide set in this way is ground and polished on its set end face. According to the method described above, both ends or end faces of the fiber optic light guide can also be treated. The temperature, pressure, time and expansion values given above are exemplary values.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the Features shown in the drawing can be used both individually and in any combination with each other be essential to the invention.

Claims (8)

1. Faseroptischer Lichtleiter, aus einem Faserbündel bestehend, der an mindestens einem seiner Enden in eine vorgegebene Fassung einführbar ist und eine optisch wirksame Bearbeitung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das in die vorgegebene Fassung einführbare Ende vor seiner Einführung in einer Glashülse kollabiert und daß die Glashülse vor der Einführung des Endes in die vorgegebene Fassung beseitigt worden ist. 1. Fiber optic light guide, consisting of a fiber bundle that can be inserted into at least one of its ends in a predetermined version and undergoes optically effective processing, characterized in that the insertable end in the given version collapses in a glass sleeve prior to its introduction and that Glass sleeve has been removed before the introduction of the end in the specified version. 2. Faseroptischer Lichtleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glashülse zum Kollabieren einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Glasfasern des Lichtleiters.2. Fiber optic light guide according to claim 1, characterized in that that the glass sleeve for collapsing has a higher thermal Expansion coefficient than the glass fibers of the light guide. 3. Faseroptischer Lichtleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Glashülse zum Kollabieren und die Glasfasern des Lichtleiters eine Zwischenschicht eingefügt ist.3. Fiber optic light guide according to claim 1, characterized in that that between the glass sleeve to collapse and the glass fibers of the An intermediate layer is inserted into the light guide. 4. Faseroptischer Lichtleiter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht als Glasseidenflechtschlauch ausgebildet ist und einen höheren Erweichungspunkt hat als die Glasfasern und die Glashülse.4. Fiber-optic light guide according to claim 3, characterized in that that the intermediate layer is designed as a fiberglass braid tube and has a higher softening point than the glass fibers and the Glass sleeve. 5. Faseroptischer Lichtleiter gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einführbare Ende des Lichtleiters komisch ausgebildet ist. 5. Fiber optic light guide according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the insertable end of the Optical fiber is designed funny.   6. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischer Lichtleiters gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Ende des faseroptischen Lichtleiters eine Glashülse aufgeschrumpft wird, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als der des Lichtleiters, daß das Lichtleiterende dabei kollabiert wird, daß der Lichtleiter einer normalen Raumtemperatur unterworfen und dabei vom Lichtleiter abgesprengt wird, daß das Lichtleiterende in eine vorgegebene Fassung eingeführt und in dieser Fassung befestigt wird und daß die Endfläche des Lichtleiters an der Fassung geschliffen und poliert wird.6. A method for producing a fiber optic light guide according to Claims 1 and 2, characterized in that at least one A glass sleeve shrunk onto the end of the fiber optic light guide whose thermal expansion coefficient is greater than that of Light guide that the end of the light guide is collapsed, that the Light guide subjected to a normal room temperature and thereby from Light guide is blown off that the end of the light guide in a predetermined version is introduced and fixed in this version and that the end face of the light guide is ground on the socket and is polished. 7. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischer Lichtleiters gemäß den Ansprüchen 1, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mindestens ein Ende des faseroptischen Lichtleiters mit einer Zwischenschicht versehen ist, deren Erweichungspunkt über dem des Lichtleiters und einer Glashülse liegt, die auf dieses Ende aufgeschrumpft wird, daß das Lichtleiterende kollabiert wird, daß die Glashülse mit der Zwischenschicht nach dem Kollabieren vom Lichtleiterende abgezogen wird, daß das kollabierte Lichtleiterende in eine vorgegebene Fassung eingeführt und in dieser Fassung befestigt wird und daß die Endfläche des Lichtleiters an der Fassung geschliffen und poliert wird.7. A method for producing a fiber optic light guide according to Claims 1, 3, 4, characterized in that at least one end the fiber optic light guide is provided with an intermediate layer, their softening point above that of the light guide and a glass sleeve lies, which is shrunk onto this end that the light guide end is collapsed that the glass sleeve with the intermediate layer after the Collapsing is subtracted from the light guide end that the collapsed Fiber optic end inserted in a predetermined version and in this Socket is attached and that the end face of the light guide on the Socket is ground and polished. 8. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischer Lichtleiters gemäß dem Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ende des faseroptischen Lichtleiters mit der Glashülse bis zur Erweichungstemperatur erhitzt und unter Vakuum und einer Zugbelastung konisch gezogen wird.8. A method for producing a fiber optic light guide according to the Claim 6 or 7, characterized in that the at least one End of the fiber optic light guide with the glass sleeve up to Softening temperature heated and under vacuum and one Tensile load is tapered.
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