DE3127640A1 - "verfahren zur herstellung flexibler bilduebertragungs-faseroptik-leitungen und flexible bilduebertragungs-faseroptik-leitung" - Google Patents
"verfahren zur herstellung flexibler bilduebertragungs-faseroptik-leitungen und flexible bilduebertragungs-faseroptik-leitung"Info
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Description
PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Zugelassen bei den deutschen und europäischen Patentbehörden
Rüggenstraße 17 · D-8000 München 19
■l
A 1687-D 13. Juli 1981
Anmelder:
American Optical Corporation,
14, Mechanic Street,
Southbridge, Massachusetts, USA - 01550
Verfahren zur Herstellung
flexibler Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen und flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung
PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
Zugelassen bsi den deutschen und eurapälschan Patentbshörden
FlüggsnsiraBa 17 · D-80QO München 19
Ä 1687-D 13. Juli 1981
Anmelders
American Optical'Corporation,
14, Mechanic Street/
Southbridge, Massachusetts, USA - 01550
Verfahren zur Herstellung
flexibler Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen. und flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung flexibler Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen und entsprechende
flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
Die Erfindung befasst sich insbesondere mit. Faseroptikbündeln, die einem ÄtzVorgang unterworfen wurden, und
2S einem Verfahren sur Herstellung dieser Bündel.
Bekannte Verfahren zur Herstellung ausgelaugter flexibler
Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen machen von zweiten
Überzügen aus säurelöslichem Glas Gebrauch, die auf den optischen Fasern angebracht sind, oder von radial sich
erstreckenden Vorsprüngen aus säurelöslichem Glas.
Beispiele hierfür sind in den US-Patentschriften -3 624
und 3 653 .739 beschrieben. Im Falle der Anbringtang zweiter
• ■ überzüge aus einem auslaugbaren Glas auf den Fasern bewirken
die vielen zusätzlichen Grenzflächen der zum Aufbau der zweiten überzüge benötigten Bauelemente und die hiervon
herrührenden zusätzlichen und möglichen Verschmutzungen ausgesetzten Oberflächenbereiche eine Qualitätsverschlechterung
in den optischen Eigenschaften des Produkts. Diese Kontamination bzw. Verschmutzung mit Fremdstoffen
der verschiedenen.Elemente bewirkt ein verstärktes Gasen an den Grenzflächen sowie eine Fehlerbildung in. Form von
Bläschen an den kritischen, die Lichtübertragung bewirkenden Oberflächen der Fasern während der Ziehvorgänge.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass man bezüglieh der Kombination der zu verwendenden drei verschiedenen
Gläser für die Faserherstellung auf diejenigen Kombinationen beschränkt ist, die bezüglich des Ziehvorganges
miteinander verträglich sind, dh. auf solche Gläser, die ein ähnliches Temperatur- und Ausdehnungsverhalten aufwei-2ο
. sen.
In dem Falle, bei dem Ansätze aus einem säureauslaugbaren
Glas auf die ersten Überzüge der Fasern aufgeschmolzen werden, wie dies in dem US-Patent 3 653 7.39 beschrieben
ist, ergibt sich eine ausserordentlich mühevolle und teure Faserherstellung sowie eine plumpe Struktur.
Der Vorteil, dass die Faserkerne in geringerem Masse an ihrer Oberfläche mit Fehlern behaftet sind, kann somit in
erheblichem Masse durch die FabrikationsSchwierigkeiten
und -kosten aufgehoben werden. ·
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren zur Herstellung
flexibler Bildübertragungs-Faseroptik-Leitungen ■
zu schaffen* Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den
Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von einem Auslaugen unterzogenen
flexiblen Faseroptik-Leitungen in einfacher Weise und mit verringerten Kosten, wobei gleichzeitig die Qualität der
erzielten Produkte verbessert wird. Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass bei ihr bezüglich der Auswahl der
im System verwendeten Gläser eine grössere Freiheit besteht. ■ '
1o
1o
Erfindungsgemäss werden die ausgelaugten Faseroptik-Leitungen dadurch hergestellt, dass man eine- ausgewählte Vielzahl
von in herkömmlicher Weise mit einem Überzug versehe-,
nen Faservorformlingen und Abstandsstäben aus säurelöslichem
Glas nebeneinander anordnet. Die Abstands stäbe sind vorzugsweise derart in den Zwischenräumen angeordnet und
querschni'ttsmässig derart dimensioniert, dass eine Berührung der Faservorformlinge miteinander verhindert wird.
Die zusammengesetzten Komponenten werden erhitzt und als • Einheit gezogen, so dass die erwünschte Querschnittsgestalt
der endgültig zu erhaltenden Faseroptik-Leitung ent-. ' steht, und anschliessend in geeignete Längsstücke unterteilt.
Aus dem Mittelbereich der Längsstücke werden dann die als Abstandshalter dienenden Gläser herausgelaugt, so
dass die Faseroptik-Leitung die erwünschte Flexibilität erhält.
Aufgrund der' vorbeschriebenen Massηahmen erhält man ein
Faserbündel, das bezüglich der Oberflächenqualität der
bildübertragenden Einzelfasern verbessert ist, sich.leichter
.herstellen lässt und bezüglich der Auswahl der Glaszusammensetzungen und Kombinationen des Systems eine
bisher nicht übliche Freiheit an Möglichkeiten eröffnet.
. ■ .
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich:
Fig.1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
einer flexiblen Faseroptik-Leitung;
Fig.2 zeigt eine Endansicht eines aus verschiedenen
Fig.2 zeigt eine Endansicht eines aus verschiedenen
Komponenten gebildeten Vorformlings, der zur Herstellung der Leitung von Fig.1 verwendet wird;
. Fig.3 zeigt in schematischer Darstellung den Zieh-
und Schnittvorgang, der bei dem Herstellungsverfahren, zur Anwendung kommt;
Fig.4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie IV-IV von Fig.3;
. Fig.5 erläutert einen weiteren Herstellungsschritt;'
und
Fig.6 zeigt einen Querschnitt längs der Linie VI-VI .
Fig.6 zeigt einen Querschnitt längs der Linie VI-VI .
von Fig.5.
. ' '
. ' '
Flexible Faseroptik-Leitungen, bei denen die entgegengesetzten Enden der sie aufbauenden Einzelnfasern in geometrisch
identischen Mustern angeordnet sind, dienen als Bildübertragungsteile der verschiedensten industriellen
und medizinischen Endoskope. Diese Vorrichtungen-enthalten
im Normalfall benachbart zum einen Ende der Faseroptik-Leitung ein Objektiv und benachbart zu dem anderen
Ende ein Okular, wobei das Objektiv dazu dient, die von der Leitung zu übermittelnden Bilder zu erzeugen, und das
Okular die Betrachtung der von der Leitung transportierten Bilder erleichtert.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Herstellung von geätzten bzw. ausgelaugten Faseroptik-Leitungen
als solches, so dass aus diesem Grunde die Verwendungs-
möglichkeit oder die Anpassung derselben an verschiedene
Endoskopformen oder an andere Verwendungszwecke nicht im
einzelnen erörtert werden soll. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass die Erfordernisse einer flexiblen Faser-5.
optik-Leitung mit äusserst geringem Gesamtdurchmesser
und feinem Faserdurchmesser am besten erfüllt werden können, wenn man sog= Auslaugtechniken anwendet, was im übrigen
auch für die· Herstellung von Leitungen mit grossem Durchmesser nicht ausgeschlossen ist.
In Fig.1 ist eine durch Auslaugen hergestellte Fascroptik-Leitung
repräsentativ für eine solche.mit grossem oderkleinem Gesamtdurchmesser und grosser oder kleiner Fasergrösse
in Form eines Faserbündels 1o dargestellt. Die Fasern 12 des Bündels 1o sind an den entgegengesetzten Enden
14 und 16 fest miteinander verschmolzen oder auf andere Weise miteinander verbunden, wobei das Ende 14 oder
16 als Bildeingangsende des Bündels verwendet werden
kann. Bereiche der Fasern 12 zwischen ihren miteinander
verbundenen entgegengesetzten Enden .sind frei, so dass sie sich einzeln und unabhängig voneinander verbiegen können.
Das Faserbündel 1o wird aus einem Vorformling 18 gebildet,
der in Fig.2 dargestellt ist und eine geordnete Anordnung
aus mit einer Umhüllung versehenen zylindrischen Elementen 2o enthält, aus denen die Fasern 12 gebildet werden,
sowie in den Zwischenräumen angeordnete Abstandsstäbe· 22,
die aus einem säurelöslichen Material bestehen. 3o;
Die zylindrischen Elemente 2o enthalten Kernteile 24 aus einem Material mit hohem Brechungsindex und überzüge 26
aus einem Material mit relativ niedrigem Brechungsindex.
Sie sind im dargestellten Fall konzentrisch um ein mittle-35
res Element 2oa angeordnet, wodurch ein Vorformling 18 mit
einer insgesamt kreisförmigen Querschnittsgestalt entsteht. In "alternativer Ausgestaltung können die Elemente 2o auch
in aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sein, um einen
rechteckförmigen Vorformling 18 zu bilden. ■ '.
Die Elemente 2o und die säurelöslichen Abstandsstäbe 22
können- verschiedene Querschnittsgrössen aufweisen. Vorzugsweise haben jedoch die Abstandsstäbe 22 eine derartige-Gros.se
und Viskosität bei der Faserziehtemperatur, dass zum einen eine Berührung der Elemente 2o verhindert
wird, während andererseits Abstände 28 (s. Fig.4) entstehen,
die ein Entweichen von Gasen während des Ziehvorganges des ■Vorformlings 18 gemäss Fig.3 ermöglichen.
Bei der üblichen Technik des Ziehens von Vielfaserbündeln
wird der Vorformling 18 in einer Zone erhitzt, beispielsweise
mittels elektrischer Heizspulen 3o, und in Längsrichtung zu einer Konfiguration mit vermindertem Querschnitt
gezogen, welche der des erwünschten Bündels 1o entspricht.
Dies kann in einer Mehrzahl von einzelnen Ziehvorgängen oder in einem einzigen Ziehvorgang erfolgen. Die in Fig.3
dargestellte Ziehtechnik ist auf beide Fälle anwendbar.
-Es sei angenommen, dass in Fig. 3' der endgültige, dh. letz.te·
Ziehvorgang dargestellt ist. Der gezogene Abschnitt 32 des
Vorformlings 18 wird sodann in erwünschte Längsstücke L ' unterteilt, die mit einem Überzug 34 aus Wachs oder einem
anderen säurebeständigen Material an beiden Enden versehen
und in eine Auslauglösung 36 gemäss Fig.5 eingetaucht werden, um das Glas der Stäbe 22 aus den Zwischenräumen herauszulaugen.
Man erkennt aus. Fig.4, dass die durch den Ziehprozess der
Fig.3 erzeugten Fasern 12 mit einer zwischen ihnen befind- ·
3127 64 O
lichen-Matrix 38 versehen sind, welche dafür sorgt/ dass
die ursprünglich eingenommene Querschnittsgeometrie des
■ Vorformlings über den gesamten Querschnitt des gezogenen Teils 32 beibehalten ist. Die Matrix- 38 wird von dem erhitzten
und gezogenen Material der Stäbe 22 gebildet.
Das Auslaugen gemäss den Fig,5 und 6 setzt die Fasern 12
frei,, so dass das Bündel 1o flexibel wird, wobei jedoch
das Muster der geometrischen Anordnung- an den entgcgengesetzten
Faserenden' beibehalten wird.
Die Enden des Faserbündels 1o können, falls dies erwünscht ist, kompaktiert, dh. verdichtet werden. Dies bedeutet,
dass man sie in enge gegenseitige Anlage bringt mittels .eines Vorgehens ähnlich dem in der US-Patentschrift
3 66 9 772 beschriebenen.
' Beispiele für Gläser, die sich zur Herstellung der Kerne
und Überzüge der Elemente 2o eignen, aus denen die einzelnen Fasern 12 gebildet werden, sind Flint- bzw. Kronglas.
Für die Kernteile werden üblicherweise Gläser mit einem Brechungsindex von 1,75, für die überzüge solche mit einem
Brechungsindex von 1,52 verwendet. Der Fachmann kann selbstverständlich
auch andere GlasSorten und Kombinationen von
Brechungsindizes auswählen. Die Kern- und Überzugskomponenten
der Elemente 2o können entweder bereits vorverschmolzen oder lediglich zusammengesetzt und im unverschmolzenen
Zustand in dem Vorformling 18 vorliegen. In beiden Fällen findet die endgültige Verschmelzung'während
des. Ziehvorganges zu den Fasern 12 statt.
Als Materialien für die in den Zwischenräumen angeordneten
Abstandsstäbe 22 können Metalle verwendet werden, beispielsweise Aluminium, vorzugsweise werden die Materialien
' jedoch aus säurelöslichen Gläsern mit hohem Borgehalt aus-
•/β
gewählt. Borsilicatgläser, wie sie in der üS-PS 3 oo4
beschrieben'sind, eignen sich hierfür. Kieselerdefreien,
säurelösliehen Gläsern wird jedoch der Vorzug gegeben.
Eine wünschenswerte Zusammensetzung besteht aus annähernd 47 Gew.-% Bortrio.xid, 45 Gew.-% Bariumoxid und 8 Gew.-%
Lanthanoxid. Geeignete Auslauglösungen 36 zum Herauslau-• gen des Materials der Abstandsstäbe 32 sind Natrimhydrö-•xid
für Aluminium und Salzsäure für Borgläser. Das Auslaugen der oben erwähnten beispielsweise angegebenen Zusammensetzungen
lässt sich rasch in einer Lösung von etwa
5 Vol.-% Salzsäure bei einer Temperatur von etwa 65 C bewerkstelligen.
Die Säurekonzentration und' die Temperatur derselben können- vom Fachmann ohne weiteres unterschiedlich
eingestellt werden.
15
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Claims (6)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung flexibler Bildübertragungs- ?aseroptik-Leitungen,
gekennzeichnet durch- Herstellung eines Faserbündel-Vorformlings (18), indem man- eine Mehrzahl von jeweils mit einem gläsernen Überzug (26) versehene gläserne optische Elemente (2o) und Abstandsstäbe (22.) aus auslägbarem Material so nebeneinander anordnet, dass die Abstandsstäbe (22) die optischen Elemente (2o) voneinander trennen; Erhitzen und Ziehen des Vorformlings (18) zu einem Bündel von Fasern (12) mit einem Querschnitt, welcher annähernd der erwünschten Querschnittsgrösse' der Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung entspricht, wobei die Abstandsstäbe (22) eine Zwischenmatrix (38) bilden;- Abschneiden von Stücken (32) gewünschter Länge (L) von dem gezogenen Bündel; . ·-.- Abdecken (34) der entgegengesetzten Enden des jeweiligen Stücks (32)? und . .Einwirkenlassen eines Auslaugmediums (36) auf die verbleibenden, nicht abgedeckten Bereiche über eine Zeitdauer, die ausreicht, um die Zwischenmatrix (38) zu entfernen. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem gläsernen Überzug versehene gläserne Elemente (2o), jeweils aus einem nichtleitenden Kernteil (24) aus einem Material mit hohem Brechungsindex und einem überzug (26).aus einem Material mit relativ geringerem Bre- ' chungsindex, verwendet werden.' · · - ■
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überzüge (26) mit den Kernteilen (24) verschmolzen s ind.
- 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstäbe (22) aus einem säurelöslichen Material gebildet werden.
- 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Auslaugmedium eine Salzsäurelösung verwendet wird·.
- 6. Flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtleitfasern (2o), deren entgegengesetzte Enden in entsprechenden ähnlichen geometrischen Mustern angeordnet sind, wobei die Enden benachbarter Lichtleitfasern (2o) durch ein aus einer Vielzahl von Stäben (22) gebildetes Matrixmaterial(38) miteinander verbunden sind, während Teile der Lichtleitfasern zwischen diesen Enden frei von dieser Matrix und unabhängig voneinander flexibel sind..7. Flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfasern (2o) aus Glas bestehen und einzeln mit einer gläsernen Umhüllung (26) versehen sind.1 8. Flexible Bildübertragungs-Faseroptik-Leitung nach Anspruch .6 oder 7 „ dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial ein säurelösIiches Glas ist, das mit den mit einem gläsernen Überzug (26) versehenen Fasern (12) verschmolzen5 ist.
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Representative=s name: DIEHL, H., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 800 |
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