CN101501542A - 包括具有全异特性的第一类和第二类管道的管道束 - Google Patents

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Abstract

一种管道束，包括第一类管道的内部束，其在内部束第一和第二端之间延伸。第一类管道沿其长度的一致部分互相邻近地连接，以限定内部束刚性区域，当从与内部束刚性区域的纵轴相正交的平面观看时，所述内部束刚性区域呈现出内部束边界。提供了包括具有结构壁内表面和外表面的结构壁的分离结构，并且结构壁的内表面连接到内部束刚性区域的边界。管道束进一步包括多个第二类管道。每个第二类管道包括沿着其长度至少一部分的刚性连接区域，所述刚性连接区域被连接到以下至少一个：(i)结构壁外表面和(ii)多个第二类管道的另一个第二类管道的连接区域。

Description

包括具有全异特性的第一类和第二类管道的管道束
技术领域
尽管并未限定于其用途或范围，但本发明的实现和实施例涉及可照明的图像传输光纤束的制造和结构。
背景技术
可照明的图像传输光纤束对于光纤元件制造领域的从业者来说是公知的。一般地，这种可照明的图像传输束包括熔接或另外邻近地刚性连接的光纤的第一典型内部束(inner bundle)，光纤结合以形成用于在粘连布置的第一和第二图像束端之间传输图像的图像管道。图像束在其长度上可以是刚性的并且可包括中央柔性区域，如在相关技术中所获知的；然而，关键方面是将包含在图像束中的单独光纤的端部保持在固定的相对位置处，以在图像输入端和图像输出端之间保持图像的完整性。光导纤维的第二典型外部束(outer bundle)或“分支”从远程源传导光，并且将光投射在目标上，目标的图像被引入到整个光纤束组件的成像部分的图像输入端。
尽管本发明的范围并不限于可照明的图像传输纤维束，但传统上如何制造这种纤维束的代表性示例告知了对本发明更一般方面的认识。在于1972年7月4日授权给R.R.Strack的美国专利第3,674,452号(下文中称为’452专利)中描述了较早的相关技术“method of fabricatingilluminated fiber optics”，结合图1A-1D在下文中描述该专利的主要方面。根据’452专利的方法，适于通过装置的一个分支将照明光传导到所要观看的目标，并同时通过装置的另一个分支将照明的目标的图像传输给远程观看位置的分支纤维光学观看装置的制造以如下方式开始：将多个光传输光纤平行地、呈彼此并列关系地摆放为束，该束在束的相应相对端处具有布置成相同几何图样的所述纤维的相对端，每个纤维具有脱硅酸溶性玻璃的可滤去外部包层。然后纤维沿着束的整个长度被熔接在一起(例如通过在光纤拉伸塔中加热和拉伸)，以产生如图1A的示例性束所示的熔接光纤束。如图1B所示，邻近束的一端的被选的一组束的最外层纤维被截短(例如，机加工)，以缩短被选的最外层纤维并在束的长度的中间暴露截短端。参考图1C，处于束的端部(从该端部切除了被选纤维)的剩余(即，未切除)纤维的端部被例如抗酸涂敷材料遮挡，并且束的相对的未切除端也被类似遮挡。一旦被遮挡，束被浸没到酸性溶剂(未示出)中，以从所有纤维的所有未覆盖部分滤去脱硅玻璃的外部包层，并使每个纤维独立地具有柔性并从彼此和束的邻近的其他纤维中释放暴露的最外层纤维的截短端。然后，被选的一组最外层纤维的自由截短端被集合在一起成为邻近所述束的剩余纤维一侧的组，由此所述集合在一起的最外层纤维包括装置的所述一个分支(例如，照明分支)，其用于通过分支纤维光学观看装置接收和传导用于观看目标的光，如图1D所示。
尽管在’452专利中由Strack教导的基本原理保留在用于制造可照明图像传输纤维束的标准中，但在’452专利中教导的方法或其他类似方法伴随有缺点。例如，对轴向延伸以及在圆柱形束的情况下径向向内延伸的熔接束的节段的机加工去除以截短被选的最终用作柔性照明纤维的外部纤维可能损害(例如，粉碎和分裂)外部照明纤维和内部成像纤维的多个层，使得这些纤维不能用于它们的预期目的。此外，在准备和执行初始形成之后的步骤中对熔接束的一般操控有时会导致外部纤维的物理损害。除了上述准备遮挡和过滤中实施的机加工，前述一般类型的纤维束的未滤去端有时也被机加工，以配置其与壳体、连接器或其他诸如透镜的光学元件的配合接合。例如，在一个替换性构造中，照明光纤的熔接端被机加工掉，以使得成像纤维结束于图像输入面而照明纤维结束于相对于图像输入面凹入的边界光发射面。在替换性方面中，成像纤维的端部被机加工掉，以形成图像输入面，其相对于边界光发射面是凹入的以形成通道，例如，一个或多个光学元件(例如，透镜)被安装到所述通道中，用于将图像聚焦在图像输入面上。应当了解的是，用于后续目的的机加工使熔接束易于受到前面有关准备用于滤去熔接束所描述的纤维损害的相同风险。
因此，存在对熔接束构造的需求，该构造可以最低损害风险被操控和机加工，构建成像或照明种类的光纤。
发明内容
在第一示例性实施例中，管道束包括多个细长的第一类管道的内部捆扎集合(下称为“内部束”)，多个细长的第一类管道沿着第一类管道长度的一致部分彼此邻近地连接，以使得内部束长度的至少某一区域是刚性的。内部束的至少刚性区域(i)沿着内部束轴线延伸某个长度，子第一类管道的邻近连接部分沿着所述内部束轴线延伸，以及(ii)通过至少一侧而被限定，以使得当看向与内部束轴线正交朝向的横截面时，内部束呈现出由内部束边界限定的横截面几何形状。此外，被选的一组第一类管道的每个子第一类管道至少在刚性区域中呈现出：在预定公差内符合第一组预先建立的尺寸参数的第一横截面几何形状和第一直径。
第一示例性实施例进一步包括多个细长的第二类管道，第二类管道的每一个包括某一区域，该区域沿着其长度被连接到内部束的刚性区域的至少一侧之一并且与内部束轴线轴向对齐。另外，每个第二类管道至少沿第二类管道的连接到刚性区域的部分呈现出：在特定公差内符合第二组预先建立的尺寸参数的第二横截面几何形状和第二直径。在替换性实施例中，第二直径满足以下之一：(i)等于和(ii)不同于第一直径；并且第二横截面几何形状满足以下之一：(i)类似于和(ii)不同于第一横截面几何形状。另外，尽管“直径”经常被狭义地认为是最长的弦(可能适合在定义圆的曲线之内)，但为了一切目的，该术语的更概括的定义适用于本说明书和所附权利要求。例如，在正方形、矩形、六角形、以及甚至不规则形状之内的弦也是直径。前述解释应当理解为对术语“直径”赋予的含义不会窄于普通用法和技术数学用法所赋予的含义。
各种实施例被构造为可照明的图像传输纤维束，其中，管道中的一些是在束的图像输入端和图像输出端之间纵向延伸的成像管道，并且其它管道是被构造和排列以将光从离图像输入端有一定距离的光源传递到离图像输入端更近位置的照明管道。在一个这样的示例性实施例中，每个第一类管道是光传导成像管道，其包括光学可传递芯，光学可传递芯具有成像芯折射率并被具有低于成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过第一类管道，并且多个第一类管道结合以形成图像传导束，图像传导束是整个可照明图像传输纤维束的一部分。在本示例性实施例中，每个第二类管道是光传导照明管道，其包括光传递芯，光传递芯具有照明芯折射率并被具有照明包层折射率的包层材料环绕。一般地，在这样的实施例中：根据相关领域技术人员所熟知的工序，在加热和拉伸来自光学纤维拉伸塔的多个邻近捆扎的单独纤维(或带包层棒)期间通过包层材料的热熔接获得内部束的至少第一类管道的相互连接，尽管在没有明确对相反方面的限制的情况下所附权利要求所限定本发明的范围并不限于上述方面。类似地，可通过(i)与成像管道彼此熔接同时的熔接以及(ii)在成像管道彼此熔接之后的熔接来获得照明管道到内部束刚性区域的边界的连接。或者，如同成像管道的互相连接，照明管道可通过不同于熔接或除熔接之外的方法连接，例如涂敷可固化粘合剂或施加压力。
邻近熔接的成像管道的刚性部分结束于输入端面，所述输入端面构造用于输入目标的图像以用于通过内部图像传导束进行图像传输。每个照明管道包括光收集端和纵向相对的光发射端，其中光发射端足够接近输入端面，以将引入到光收集端的光投射在目标上，目标的图像被传输穿过图像束。在各种方案中，被选的一组照明管道的每个照明管道的直径大于被选的一组成像管道的每个成像管道的直径。后一个特征实现了下述观察结果：(i)与并入了每单位横截面积更小量的较大直径纤维的束相比，并入了每单位横截面积更大量的较小直径纤维的束一般便于更好地成像，以及(ii)与较小直径纤维相比，更大直径纤维对于照明应用通常是优选的。
如在背景技术中所描述的，熔接束的节段出于各种原因而被机加工掉，并且该机加工在例如包括成像和照明管道的束的情况下通常伴有对成像和照明中一种或两种管道的损害。因此，各种方案包括至少一个刚性分离层(或“分离结构”)，其插入在第一和第二类管道(例如，成像和照明管道)之间。例如，在一个示例性实例中，沿着内部束刚性区域长度的至少一部分，通过具有连续(例如，非纤维)构架的玻璃套(或管)完全围绕捆扎的一组内部相连熔接的成像管道。对于玻璃套的外表面，放置了第二类照明管道。通过玻璃套的内表面在外围连接到内部束刚性区域的至少一侧并且第二类照明管道被连接到玻璃套的外表面，内部成像管道连接到外部照明管道。一般地，内部成像管道和照明管道通过熔接连接到分离套，分离套被包括作为加热和拉伸和/或加热和加压组件的元件。取决于特定的制造工序是否规定滤去分离结构覆盖的图像束刚性部分的区域，用于制造分离结构的材料可以是在用于滤去管道束的其它部分的溶剂中相对可溶的或不可溶的。无论如何，通过出于上述目的加工分离层，成像或照明管道的被选节段可被移除，而不会对其它类型管道造成间接损害。
在另外的实施例中，最外层保护层绕照明管道连接，以在过滤图像管道以使其分离和柔软之前保护它们在各种操作阶段期间免受意外损害。
在替换性实施例中，第一类和第二类管道的至少一种管道不是光学可传递管道。例如，在一个替换性方案中，第一和第二类管道的至少之一的每个管道是毛细管，毛细管包括在其第一和第二端之间从其延伸穿过的中空通道。在各种方案中包括毛细管便于流体(例如，气体或液体)往返于管道束工作端的交替的传递和提取。在一些包括毛细管的方案中，第一类和第二类管道中仅仅一类管道的每个管道是毛细管，而在其他方案中，第一类和第二类管道两者中的每个管道都是毛细管。与那些第一和第二类管道都不是毛细管的实施例一样，除了加热和粘合之一或两者，邻近连接的毛细管的束可通过以下方式中的任一种形成：(i)对多个相邻捆扎管的加热和拉伸，(ii)对多个管涂敷可固化粘合剂，以及(iii)施加压力。如相关领域技术人员所知晓的，形成毛细管结构结束时对中空管的加热和拉伸经常是困难和冗长的工序，特别是在所需毛细管内径非常小的情况下。然而，通过加热和拉伸形成毛细管束被认为具有足够的一般性，排除了对制造细节描述的必要性。前述制造毛细管束的替换性的方法包括加热和拉伸芯棒束，芯棒的每一个由包层所环绕。一旦被加热和拉伸，使得多个包层芯棒的包层互相熔接，芯就从包层材料中滤去，留下“蜂房”毛细管阵列，其包括包层材料和多个中空通道。制造毛细管阵列的滤去方法受到物理参数(例如，拉伸芯直径和熔接束长度)的限制。更具体地，在沥滤法证明除芯的方法不可行之前，在有关并入到熔接的包层材料的细长束中的芯的直径有多小和长度有多长的方面会有限制。
已经描述了各种示例性管道束的结构特征，现在描述制造管道束的示例性方法。
第一制造方法包括将多个细长的第一类管道以彼此平行并列的关系排列为内部束，所述内部束具有布置在内部束的对应相对端处的第一类管道的相对端。用第一类管道连接材料将第一类管道沿着内部束长度的至少一部分连接在一起，以使得内部束的至少一部分(第一类管道沿着该部分互相邻近地连接)组成内部束刚性区域，所述内部束刚性区域沿着内部束轴线延伸并呈现出由内部束边界定义的横截面几何形状。提供包括结构壁(具有结构壁内表面和外表面)的分离结构，并且通过绕内部束边界的至少一部分连接结构壁内表面将所述分离结构固定到内部束。提供多个细长的第二类管道，并且被选的一组第二类管道的每个第二类管道都连接到结构壁外表面，并且通常连接到至少一个其他第二类管道(以与内部束轴线并列轴向对齐的方式)。使用了第二类管道连接材料来连接第二类管道，以使得被选的一组第二类管道的每个第二类管道包括沿着第二类管道长度的连接区域，其被连接到内部束刚性区域的内部束边界(通过其与分离结构的连接)。
在一个替换性制造方法中，由可热熔玻璃来制造第一类管道、第二类管道、及分离结构的每一个。沿着内部束长度的至少一部分将第一类管道连接在一起的步骤包括：沿着束的整个长度将第一类管道互相热熔接在一起。第一类管道连接材料是制造第一类管道的熔融玻璃。形状为管的分离结构滑过捆扎的第一类管道，并且结构壁内表面绕内部束边界的至少一部分而连接(通过绕内部束刚性区域的边界使分离结构塌陷和热熔化)。例如光纤元件制造工业领域技术人员能够理解的是：通过在光纤拉伸塔中加热和拉伸内部束和分离结构可绕第一类管道的内部束使管状分离结构塌陷。类似地，被选的一组第二类管道的每个第二类管道与结构壁外表面的连接包括沿着第二类管道的整个长度将每个被选的第二类管道热熔接到结构壁外表面，以使得被连接的区域延伸第二类管道的整个长度。
可以了解，上文描述的各种熔接步骤可被同时或顺序执行。例如，熔接的示例性顺序执行包括例如通过加热和拉伸互相熔接多个邻近捆扎的第一类管道以形成熔融的内部束。接下来，绕着熔融内部束布置分离结构管，然后绕内部束使分离结构管塌陷和熔化。然后，通过例如临时捆扎第二类管道(以与结构壁外表面接触式接合的方式)并且加热和拉伸包括已经熔化的内部束和分离结构以及第二类管道的整个组件，多个第二类管道被加热和熔接到结构壁外表面。
或者，示例性同时热熔接工序包括捆扎第一类管道以形成内部束，绕捆扎的第一类管道布置分离结构，并以接触式接合的方式临时连接第二类管道与管道壁外表面，以形成组件，该组件然后被同时加热和拉伸。容易了解的是：内部束可通过将多个第一类管道堆放为管状分离结构而形成，因此内部束的组装不需要执行作为与绕内部束布置分离结构分离的步骤。
可以了解的是：在诸如在上文中描述的例子中，连接第二类管道的方式是热熔接，第二类管道连接材料是以下至少之一：(i)制造第二类管道的熔融玻璃，(ii)制造结构壁外表面的熔融玻璃，以及(iii)制造至少另一个第二类管道的熔融玻璃。
现在描述另外的制造方法，其导致了：管道束具有(i)细长的第一类管道的内部束，其沿着纵向延伸的内部束刚性区域至少部分是刚性的，以及(ii)多个细长的第二类管道，第二类管道的每个包括沿着其长度的、被连接到内部束刚性区域的第一连接区域，以及相对内部束刚性区域自由运动的第二柔性区域。根据一个替换性实施方式，每个第二类管道具有可溶玻璃的最外包层，其在第二类管道热熔接到分离结构的外表面之前沿着第二类管道的整个长度延伸。当第二类管道熔接到结构壁外表面时，被选的第二类管道的连接区域的被选部分暴露给溶剂，以从中滤去可溶玻璃并致使用于单独过滤的被选部分是柔性的并脱离与结构壁外表面的熔融连接。可通过各种方法选择性地滤去所述部分。根据一种方法，在将整个组件暴露(例如，浸没)到溶剂中前用涂敷材料(例如，塑料或石蜡)遮挡不需要滤去的部分。或者，作为根据本发明范围内的方法形成的束的示范，每个第二类管道的柔性区域将包括该管道的第一端并向外延伸，但并不一直延伸到该管道的第二端。因此，包括互相熔接的内部束、分离结构、第二类管道的整个熔接组件可部分地浸没在溶剂电解槽中(例如，垂直悬挂的)，以使得组件的端部超过电解槽中的溶剂水平面。
如上所述的熔接组件可结束于两个相对的平坦表面，在所述平坦表面处，(i)内部束、(ii)分离结构、及(iii)第二类管道的端部在滤去前全部重合。这可以是由于在熔接后，管道束可在相对端沿着正交于(或倾斜于)内部束轴线的平面被切割的情况。取决于所需的束的最终形状，依照其包含的刚性和柔性区域，可采用各种遮挡和滤去方法。例如，在一个示例性情形(在其中需要第一类管道的内部束在其整个长度上保持刚性，以使得仅仅外部第二类管道将包括柔性区域)中，分离结构由如下的材料来制造：该材料在被选作从熔化的第二类管道滤去最外层包层的溶剂中是相对可溶的。换句话说，分离结构用作用于第一类管道的“涂敷材料”的遮挡物。此外，端面之一或全部的部分被遮挡以阻止第一类管道的分解，第一类管道结束于所述端面处，或者，第一类管道也由如下材料来制造：该材料在被选作从熔化的第二类管道滤去最外层包层的溶剂中是相对可溶的。
在替换性情形下，特别是当第一类管道是被结合以形成图像传导束的成像管道时，可适合具有至少一个位于相对的内部束刚性端(在该端处第一类管道端部在可用的程度上被熔融地保持为同样的几何图样)之间的内部束柔性区域。一般地，成像管道在该情况下将包括：光学可传递芯；第一光学包层，其紧紧环绕并接触光学可传递芯；以及，在光学包层上面的可溶玻璃的最外层包层，其在第一类管道彼此集体热熔接之前沿着第一类管道的整个长度延伸。热熔接产生多个成像管道的熔接束，多个成像管道熔融地保持在可溶最外层包层材料的基体之内，正如光纤元件制造领域的技术人员所公知的。在一般的实施方式中，管状分离结构还由可溶材料制造，以使得其可被选择性地滤去。
现在描述制造可照明图像传输纤维束的示例性方法，包括：(i)在纵向相对的图像输入和图像输出端之间具有内部束柔性区域的内部图像传导束；(ii)多个外部照明管道，外部照明管道的每一个具有连接区域和柔性区域；以及(iii)插入在内部束刚性区域和照明管道的连接区域之间的分离结构。在上述结合其他方法描述的方式中，多个细长成像管道以彼此平行并列的关系排列为内部束，内部束具有布置在内部束相应的相对端处的成像管道的相对端。每个成像管道具有：光学可传递芯，其具有图像芯折射率；第一光学包层，具有低于图像芯折射率的成像包层折射率；以及玻璃的最外层包层，其在第一预定溶剂中相对于束的其他元件是可溶的。沿着内部束的整个长度将成像管道熔接在一起，以形成刚性内部图像传导束，其沿着内部束轴线延伸并呈现出由内部束边界定义的横截面几何形状。
内部束的成像管道被引入到管状(但不必须是圆柱状)分离结构中，分离结构包括结构壁，结构壁具有在分离结构第一和第二端之间延伸的结构壁内表面和外表面。由在第二预定溶剂中可溶的玻璃制成结构壁。绕内部束边界长度的至少一部分熔接结构壁内表面。
提供了多个细长的光传导照明管道。每个照明管道包括光传递芯(其具有照明芯折射率并被具有照明包层折射率的包层环绕)和玻璃的最外层包层(其在第三预定溶剂中是可溶的)。照明管道以与内部束轴线并列轴向对齐的方式沿着照明管道的整个长度熔接到结构壁外表面，以形成具有第一和第二组件端部的熔接管道组件，第一和第二组件端部分别相应于内部图像传导束的图像输入端和图像输出端及分离结构的第一和第二端。该方法规定了从绕内部图像传导束来截短照明管道和结构壁的外部部分，以使得包含图像输出端的图像传导束的一部分相对于照明管道的截短端突出，以及使结构壁的内部部分保持绕图像传导束的突出部分布置。照明管道的截短端构成了光收集端，并且与截短端相对且与第一组件端部重合的端部构成了光发射端。
在截短照明管道之后，包括图像输出端的图像传导束的突出部分的至少一部分以及包括分离结构第二端并朝向分离结构第一端延伸的结构壁长度的一部分被涂敷材料遮挡。涂敷材料在至少一个预定溶剂中是相对不可溶的，所述至少一个预定溶剂被选择用于滤去以下至少之一：(i)来自包括光收集端的照明管道的所选区域的熔化的最外部包层材料，(ii)沿分离结构第一和第二端中间的分离结构长度的至少一个被选区域，以及(iii)来自熔化的图像输入端和图像输出端中间的图像传导束区域的熔化的最外部包层材料。在前述遮挡之后，示例性方法规定将熔化的管道组件长度的至少一部分暴露给至少一个预定溶剂，所述溶剂管道组件包括光收集端并向外延伸，但不包括照明管道的光发射端，以(i)从包括光收集端的照明管道被选区域滤去最外层包层材料，(ii)沿着分离结构第一和第二端中间的分离结构的长度滤去至少一个被选区域，以及(iii)从溶化的图像输入端和图像输出端中间的图像传导束的区域滤去最外层包层材料。相关领域普通技术人员可以想到滤去方面可在各阶段执行。
由示例性方法的任一种得到的管道束的功能方面当然取决于用于制造的管道的类型。结合本发明的装置方面描述了各种管道类型，所述方面及与其关联的结构和元件为方法方面提供了更加充分的解释支持。
在下面的详细说明和附图中更完整的描述和绘制了代表性、非限定性的实施例和实施方式。尽管具体方案被描述为具体实现成像管道和照明管道，但在如所附权利要求所表达的本发明的范围和预期之内的是用于替换性应用的实施例。
附图说明
图1A示出了熔接的光纤束；
图1B示出了光纤束，其中被选的一组最外层纤维的纤维已被削减，以暴露出其削减端；
图1C描述了处于束端部(从中切除了被选的纤维)的剩余、未削减纤维端之上的以及处于束的相对、未削减端的、抗溶涂敷材料的遮挡物；
图1D示出了包括成像纤维和可照明纤维的分支纤维光学观看装置，其通过将示于图1C中的被遮挡束浸没在溶剂中而获得；
图2描述了管道束，其包括将被包围在分离结构中的第一类管道邻近连接到外表面的内部束，其中分离结构连接第二类管道；
图2A是看向平面Pcs时图2的管道束的截面图；
图3示出了对图2和2A束的管道束结构模拟，其中第一类管道是组合形成内部图像传导束的成像管道，第二类管道是照明管道，并且分离结构是连接到图像传导束和外部照明管道的每一个的玻璃层；
图3A是看向平面Pcs时图3的管道束的截面图；
图4示出了对图2和2A束的管道束结构模拟，其中第一类管道是光传导管道，并且第二类管道是毛细管；
图4A是看向平面Pcs时图4的管道束的截面图；
图5示出了对图2和2A束的管道束结构模拟，其中第一类管道是毛细管，并且第二类管道是光传导管道；
图5A是看向平面Pcs时图5的管道束的截面图；
图6示出了对图2和2A束的管道束结构模拟，其中在第一类和第二类管道间没有分离结构；以及
图6A是看向平面Pcs时图5的管道束的截面图；
具体实施方式
下文中对管道束各种实施例的描述是实质上示例性的，并且因此无意于限定本发明、及使用其应用的范围。
第一示例性管道束100被示于图2中。管道束100包括多个细长的第一类管道130的内部捆扎集合110(或内部束110)，每个第一类管道具有第一端132和第二端134。内部束在内部束第一和第二端112和114之间延伸。沿着第一类管道130长度的一致管道部分136，彼此邻近地连接子第一类管道130，以使得沿着内部束110长度的至少区域120是刚性的。在图2的具体实施例中，内部束刚性区域120与内部束110的长度扩及同一范围，但本发明范围内的替换性、未描述实施例是这样的：内部束刚性区域120延伸得短于内部束110的总长度。
内部束110的至少刚性区域120沿着内部束轴线AIB延伸一定的长度，子第一类管道130的邻近连接部分136沿着内部束轴线AIB延伸。另外，刚性区域120被至少一个内部束侧面122来定义，以使得当看向与内部束轴线AIB正交朝向的横截面Pcs时，内部束110呈现出由内部束边界124定义的横截面几何形状。此外，被选的一组第一类管道130的每个子第一类管道130至少在内部束刚性区域120之内呈现出在预定公差之内符合第一组预先建立的尺寸参数的第一横截面几何形状和第一直径。简单起见，示意性内部束刚性区域120被绘制为圆柱形，并且因此呈现出如图2A所示的单一圆柱形的内部束侧面122，当看向图2的平面Pcs(也称之为IIA)时为圆形横截面。此外，子第一类管道130也被绘制为圆形横截面。
图2和2A的管道束进一步包括多个细长第二类管道160，第二类管道160的每一个包括第一和第二端162和164以及沿其长度的连接区域166，所述连接区域166被连接到内部束刚性区域120的内部束侧面122并与内部束轴线AIB轴向对准。另外，每个第二类管道160至少沿其连接区域166呈现出在特定公差之内符合第二组预先建立的尺寸参数的第二横截面几何形状和第二直径。每个第二类管道160的连接区域166是刚性的，而示例性第二类管道166的位于连接区域166和其第一端162之间的剩余部分是柔性的。而且，出于简单的目的，第二类管道160被绘制为圆形横截面，但应该理解的是第一类管道130和第二类管道160可以是不同的横截面几何形状。此外，尽管在描述于图2和2A的示例性实施例中，第二类管道160的直径等于第一类管道130的直径，但第一直径小于或大于第二直径的实施例也在由所附权利要求所表达的本发明范围和预期之内。此外，在各种实施例中，第一类和第二类管道130和160可适用于同样设计规范，并且从而可仅仅根据每类管道最终应用的目的或根据在整个管道束100之内的物理定位而彼此区分。
除了第一类管道130的内部束110和多个外部第二类管道160，图2和2A的实施例还包括插入到第一和第二类管道130和160之间并与之连接的刚性分离层190。图2和2A中可替换性称之为“分离结构190”的分离层190包括分离结构第一和第二端192和194，具有结构壁内表面和外表面196a和196b的结构壁196在分离结构第一和第二端192和194之间延伸。分离结构190在第一类和第二类管道130和160之间提供了清晰的划界，并且此外，如上所述，提供了材料，当需要机加工掉第一类和第二类管道130和160的至少一类的部分时，能够对所述材料操作并具有对另一类管道130或160的降低的间接损害的危险。在图2的实施例中，已沿结构壁196的外部环形部分196o截短(例如，机加工)了第二类管道160，以使得：(i)第一类管道130的第一端132和与外部环形部分196o相比具有较小半径的内部环形部分196i延伸超过(即，相对突出)第二类管道160的第二端164；以及(ii)分离结构190包括步进肩部(未标号)，用于从较小半径的内部环形部分196i为外部环形部分196o划界。依据管道130和160的特性以及管道束100的特定实施例的预期应用，可由许多材料中的任一种来制造分离结构190，材料的非限定性示例包括：塑料、金属、陶瓷、及玻璃。
如在发明内容中所讨论的，第一类和第二类管道130和160的特性可随管道束100的特定实施例的预期应用而改变。然而在一般实施例中，第一类和第二类管道都是光传输管道(例如，光纤)。虽然图2和2A描述了本发明范围内的一般管道束100，但图3和3A描述了更具体的方案，在其中管道束100是可照明的图像传输纤维束200。在图3和3A的方案中，具有图2和2A方案中的一般对应物的纤维束200的每个元件以起始为“2”的附图标记来编号，但以相同的两位数字结尾，与一般对应物相关联的附图标记以这两位数字结尾。另外，与一般对应物相关联的附图标记可以出现在主附图标记附近的括号中，主附图标记与所考虑的更具体实施例相关联。基于上述附图标记编号系统，出现在图3和3A中的多个附图标记都以数字“2”开头，不再在当前的详细描述中特别提到它们。然而，读者应该理解的是：这仅仅在与具有一般对应物(如上所述以附图标记为100来表示的)的元件相关联时才发生，并且一般对应物(结合对以“2”开头的附图标记涉及第一和第二类管道是光传送的实施例的理解)用于支持这种附图标记。例如，附图标记“266”在下面的详细说明中从不讨论；然而，与一般实施例相关联的编号方案清楚地表示出“166”是指沿每个第二类管道160长度的连接区域166。此外，下面讨论的内容清楚表示了图3实施例中的第二类管道160是光传导照明管道260。因此，尽管从未讨论，但“266”将被理解为沿每个光传导照明管道260长度的刚性区域266。不具有图2和2A的方案中一般对应物的图3和3A实施例的元件与如下附图标记相关联：在其中最后两位数字相对于与图2和2A方案的元件相关联的附图标记是独特的。
现在参考图3和图3A，可照明的图像传输纤维束200包括图像传导束210，其包括多个光传导成像管道230。每个成像管道230包括第一和第二端232和234，并且包括具有成像芯折射率的光学可传递芯240。通过具有低于成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料242环绕每个芯240，以使得光通过全内反射而传播通过成像管道230。在本示例性实施例中，每个第二类管道160是光传导照明管道260，其包括光传递芯270，光传递芯270具有照明芯折射率并且被具有照明包层折射率的包层材料272环绕。一般地，在诸如图3和图3A的方案中，根据相关领域技术人员所熟知的工序，通过在从光学纤维拉伸塔中加热和拉伸多个邻近捆扎的单独纤维(或包层棒)期间和/或在模具压力下加热期间对包层材料的热熔接，来获得图像传导束210的至少第一类成像管道230的相互连接。类似地，可通过(i)与成像管道230彼此熔接同时的熔接以及(ii)在成像管道230彼此熔接之后的熔接来获得照明管道260到图像束刚性区域220边界224的连接。或者，当成像管道230互相连接时，照明管道260可通过不同于熔接或除了熔接之外的方法被连接，例如涂敷可固化粘合剂或施加压力。
邻近熔接的成像管道230的刚性区域220结束于相应于图像传导束210的第一端212、并被配置用于输入目标(未绘制)的图像(未绘制)的输入端面212IF，输入目标的图像是为了使图像通过内部图像传导束210传输到输出端面214OF(相应于图像传导束210的第一端214)。每个照明管道260包括第一光收集端262和第二纵向相对光发射端264，其中光发射端264足够接近输入端面212IF，以将引入到光收集端262的光投射在目标上，目标的图像传输通过图像传导束210。
插入在图像传导束210和照明管道260之间并保持连接关系的分离结构290一般是玻璃质非纤维的构架。此外，在可照明图像传输纤维束200的一般方案中，通过热熔接获得结构壁296的内表面296a到图像束侧面222的周界连接以及照明管道260到结构壁296的外表面296b的连接。在替换性方案中，分离结构290是(i)不透明和(ii)半透明的。并入了不透明或半透明(但不是完全透明)的分离结构290的方案阻止了照明光(可从照明管道260泄漏)引入到图像传导束210。下文中，出于简单的目的，特别是在所附权利要求中，不完全透明的分离结构可被称之为“至少部分不透明”。
图4和4A及图5和5A描述了在本发明大体范围和预期(如在所附权利要求中所描述的)之内的、另外的示意性而非限定性的变形。在这些示意性方案中的每一个中，第一类和第二类管道130和160之一的每个管道都是中空管道(即，毛细管)，并且第一类和第二类管道的另一类的每个管道都是光传导管道329。参考图4和4A，管道束300包括光传输管道束310，其包括多个光传导管道329。每个光管道329包括第一和第二端331和333，并且包括具有芯折射率的光学可传递芯339。通过具有低于芯折射率的包层折射率的包层材料341环绕每个芯339，以使得光通过全内反射而传播通过管道329。在替换性方案中，每个光传导管道329是成像管道或照明管道，例如描述于图3和3A方案中的成像和照明管道230和260。在图4和4A中，对光传递管道束310的绘图是“分开的”，以便于两种情况下的有效解释。更具体地，第一组光传导管道329被绘制为一组成像管道230，其结束于相应于图像传导束210的第一端212的输入端面212IF，同时第二组光传导管道329被绘制为一组照明管道260，其在光收集端262和光发射端264之间延伸。尽管图4和4A的“分开的”光传递管道束310表现为两个上述独立的方案，但还可能表现为在本发明范围和预期之内第三个方案，即，在其中第一子组成像管道230和第二子组照明管道260在单独实施例中的光传递管道束310的光传导管道329之中。如同其他包括多个彼此邻近地连接的光传导管道(例如，图3和3A的成像管道230)，在加热和拉伸来自光学纤维拉伸塔的邻近捆扎的单独纤维(或包层棒)期间和/或在模具压力下加热期间一般通过包层材料的热熔接获得管道束310的光传导管道329的互相连接。
仍然参考图4和4A的方案，第二类管道160是毛细管359，毛细管359的每一个包括开口的第一和第二端361和363及通过毛细壁371限定的内表面369，并限定了中空毛细管通道375，其在毛细管359的第一和第二端361和363之间延伸。毛细管便于(i)流体(即，液体或气体)到邻近毛细管359第二端363的空间中的区域的传递或(ii)流体从邻近毛细管359第二端363的空间中的区域的提取。例如，在光传导管道329是成像管道230的方案中，可需要经由毛细管359传递加压流体至观看区域，被观看的目标(未示出)位于观看区域中。这必须例如用空气或水来清洁被观看的目标。或者，可需要与其他应用结合，以从观看区域通过毛细管359移除流体。通过包括了成像管道230、照明管道260、和毛细管359的方案，目标例如可被同时照亮、观看和清洁，假设例如毛细管359的第二端363足够接近图像传导束210的输入端面212IF，以选择性地(i)将流体传递到邻近毛细管359第二端363和图像传导束210输入端面212IF的空间中的区域和(ii)从邻近毛细管359第二端363和图像传导束210输入端面212IF的空间中的区域中提取流体。通过在发明内容中提及或另外为光纤元件制造领域技术人员公知的方法中的任一种，在各种方案中将毛细管359限定在熔化的玻璃基体之内。
分离结构390可包括或不包括在包含光传导管道329和毛细管359两者的实施例中。出于解释说明的目的，图4和4A的管道束300包括了分离结构390。具有图2和3的分离结构190和290中的对应物的分离结构390的每个部分以“3”开头的数字表示，但以与其对应物相关联的附图标记的两位数字来结尾。此外，关于前述实施例的描述提供的分离结构190和290的描述充分解释了分离结构390。
参考图5和5A的方案，第一类管道130是毛细管359并且第二类管道是光传导管道339。当结合图3-4A的各种替换性实施例的描述时，对图2和2A的一般实施例的描述使得不需要对图5和5A方案的详细解释。图5和5A的方案与图4和4A的方案基本类似，其中毛细管359和光传导管道329的位置相反。即，尽管在图4和4A的方案中光传导管道329(不论是成像管道230或照明管道260)由一组毛细管359所环绕，但在图5和5A的方案中，毛细管的内部束110被多个光传导管道329所环绕。一般地，在诸如图5和图5A的实施例中，光传导管道329将是照明类的管道；然而不应如此狭义地解释相应的所附权利要求。诸如图5和5A的实施例可适用于照亮工作区域，例如，通过毛细管359的内部束，从所述工作区域取出流体或将流体传递到所述工作区域。
到目前参考图2-5A所详细描述的替换性实施例包括分离结构190、290、或390。在这些替换性实施例的任一个中，分离结构290可被制造为至少部分不透明的。在第一和第二类管道130和160是光传导管道329的方案中使分离结构190、290、或390至少部分不透明对于阻止光从第一和第二类管道130和160之一泄漏到第一和第二类管道130和160的另一个中是有益的。阻止这种光泄漏可在诸如图3和3A的方案中是特别有益的方面，在该方案中第一类管道130是被结合以形成图像传导束210的成像管道230，并且第二类管道是照明管道260。
如在发明内容中所描述的，各种方案不包括在第一类管道190和第二类管道290之间的分离结构190。示于图6和6A中的是这样的实施例：其包括邻近连接第一类管道130的内部束110和在外围直接连接到内部束刚性区域120的多个第二类管道160。图6和6A的示例性实施例的本质在本详细说明的前三段中进行了描述。因此，由于图6和6A的一般实施例与图1和1A的实施例本质相同，只是省略了分离结构190，因此对图1和1A的实施例的描述(直到介绍分离结构190的段落之前的段落)用作对图6和6A实施例的描述。参考前述段落并结合图6和6A的方案，读者当然可以理解的是：当在文本中遇到“图1”、“图1A”、或“图1和1A”时，它们应分别读作“图6”、“图6A”、和“图6和6A”。此外，也能理解的是图6和6A的示例性一般实施例中的第一和第二类管道130和160的任一种可以是以下组中任一种：(i)毛细管359、(ii)成像管道230、及(iii)照明管道260，就如与结合图3-5A的方案所进行的各种描述那样。
上文被认为是对本发明原理的图解说明。此外，由于本领域技术人员可对各种方面和实施方式加以改进和改变，而并不偏离本发明的范围和精神，因此可理解的是：上文并不是如所附权利要求的表述将本发明限定到所示和所描述的精确的结构、实施方式和方案。

Claims (18)

1.一种管道束，包括：
多个细长的第一类管道的内部束，所述第一类管道的每一个具有与内部束第一和第二端相一致的第一和第二端，其中，(a)所述第一类管道沿着所述第一类管道长度的一致部分彼此邻近地连接，以使得所述内部束长度的至少某一区域是刚性的，(b)至少所述内部束刚性区域(i)沿着内部束轴线延伸某个长度，子第一类管道的邻近连接的部分沿着所述内部束轴线延伸，以及(ii)被至少一个内部束侧面限定，以使得当看向与所述内部束轴线正交朝向的横截面时，所述内部束呈现出由内部束边界限定的横截面几何形状，并且(c)被选的一组第一类管道的每个子第一类管道至少在所述内部束刚性区域之内呈现出在预定公差之内符合第一组预先建立的尺寸参数的第一横截面几何形状和第一直径；
刚性分离结构，包括具有结构壁内表面和结构壁外表面的结构壁，所述结构壁内表面在外围连接到所述内部束刚性区域的至少一侧的至少一个；以及
多个细长的第二类管道，每个第二类管道包括沿着其长度至少一部分的刚性连接区域，所述连接区域被连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面和(ii)所述多个第二类管道的另一个第二类管道的连接区域；
其中，(i)所述第二类管道的至少所述连接区域与所述内部束轴线轴向对准，(ii)被选的一组第一类管道的每个第二类管道呈现出在预定公差之内符合第二组预先建立的尺寸参数的第二横截面几何形状和第二直径，以及(iii)所述分离结构插入到第一类管道和第二类管道之间。
2.根据权利要求1所述的管道束，其特征在于：
(a)每个第一类管道是光传导成像管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有成像芯折射率并被具有低于所述成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过所述第一类管道，并且所述多个第一类管道结合以形成图像传导束；
(b)在所述内部束刚性区域之内，所述第一类管道被熔融地彼此连接；
(c)每个第二类管道是光传导照明管道，其包括光传递芯，所述光传递芯具有照明芯折射率并被具有照明包层折射率的包层材料环绕；
(d)邻近熔接的成像管道的刚性区域结束于被构造用于输入目标的图像以通过内部图像传导束传输图像的输入端面；以及
(e)每个照明管道包括光收集端和纵向相对的光发射端，其中所述光发射端足够接近所述输入端面，以将引入到所述光收集端的光投射在目标上，所述目标的图像被传输穿过所述图像束。
3.根据权利要求2所述的管道束，其特征在于：所述结构壁内表面完全环绕了所述内部束刚性区域长度的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的管道束，其特征在于：所述分离结构的结构壁是至少部分不透明的，以阻止光从照明管道泄漏到所述图像传导束中。
5.根据权利要求3所述的管道束，其特征在于：除了刚性连接区域以外，被选的一组照明管道的每个照明管道包括柔性区域，其可自由地相对所述内部束刚性区域运动，每个照明管道沿着所述刚性连接区域被连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面以及(ii)另一个照明管道的连接区域。
6.根据权利要求1所述的管道束，其特征在于以下至少一个：
(a)所述第一类管道和所述第二类管道之一的每个管道是光传导管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有第一折射率并被具有低于所述第一折射率的第二折射率的包层材料环绕；以及
(b)所述第一类管道和所述第二类管道的另一个的每个管道是毛细管，其包括中空通道，所述中空通道穿过所述毛细管从第一端延伸到纵向相对的第二端。
7.根据权利要求6所述的管道束，其特征在于：
(a)每个第一类管道是光传导成像管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有成像芯折射率并被具有低于所述成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过所述第一类管道，并且使得所述多个第一类管道结合以形成图像传导束；
(b)在所述内部束刚性区域之内，所述第一类管道以以下方式的至少一种彼此连接：(i)熔接和(ii)粘合；
(c)邻近熔接的成像管道的刚性区域结束于被构造用于输入目标的图像以用于通过所述内部图像传导束传输图像的输入端面；以及
(d)每个第二类管道是毛细管，其具有充分接近所述图像传导束的输入端面的第二端，以选择性地(i)将流体传递到邻近所述毛细管的第二端和所述图像传导束输入端面的空间中的区域和(ii)从邻近所述毛细管的第二端和所述图像传导束输入端面的空间中的区域中提取流体。
8.一种管道束，包括：
多个细长的第一类管道的内部束，所述第一类管道的每一个具有与内部束第一和第二端相一致的第一和第二端，其中，(a)所述第一类管道沿着所述第一类管道的长度的一致部分彼此邻近地连接，以使得所述内部束长度的至少某一区域是刚性的，(b)至少所述内部束刚性区域(i)沿着内部束轴线延伸某个长度，子第一类管道的邻近连接的部分沿着所述内部束轴线延伸，以及(ii)被至少一个内部束侧面限定，以使得当看向与所述内部束轴线正交朝向的横截面时，所述内部束呈现出由内部束边界限定的横截面几何形状，并且(c)被选的一组第一类管道的每个子第一类管道至少在所述内部束刚性区域之内呈现出在预定公差之内符合第一组预先建立的尺寸参数的第一横截面几何形状和第一直径；以及
多个细长的第二类管道，每个第二类管道包括沿着其长度至少一部分的刚性连接区域，所述连接区域被连接到以下至少一个：(i)所述内部束刚性区域的边界和(ii)所述多个第二类管道的另一个第二类管道的连接区域；其中
(a)所述第一类管道和所述第二类管道之一的每个管道是光传导管道，所述光传导管道包括光学可传递芯，其具有第一折射率并被具有低于所述第一折射率的第二折射率的包层材料环绕；以及
(b)所述第一类管道和所述第二类管道的另一个的每个管道是毛细管，其包括中空通道，所述中空通道穿过所述毛细管从第一端延伸到纵向相对的第二端。
9.根据权利要求8所述的管道束，其特征在于：
(a)每个第一类管道是光传导成像管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有成像芯折射率并被具有低于所述成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过所述第一类管道，并且使得所述多个第一类管道结合以形成图像传导束；
(b)在所述内部束刚性区域之内，所述光传导成像管道以以下方式的至少一种彼此连接：(i)熔接和(ii)粘合；
(c)邻近熔接的成像管道的刚性区域结束于被构造用于输入目标图像以用于通过所述内部图像传导束传输图像的输入端面；以及
(d)每个第二类管道是毛细管，其具有充分接近所述图像传导束的输入端面的第二端，以选择性地(i)将流体传递到邻近所述毛细管的第二端和所述图像传导束输入端面的空间中的区域和(ii)从邻近所述毛细管的第二端和所述图像传导束输入端面的空间中的区域中提取流体。
10.根据权利要求8所述的管道束，其特征在于：
(a)每个第一类管道是毛细管；
(b)在所述内部束刚性区域之内，所述毛细管以以下方式的至少一种彼此连接：(i)熔接和(ii)粘合；以及
(c)每个第二类管道是照明管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有照明芯折射率并被具有低于所述照明芯折射率的照明包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过所述照明管道。
11.根据权利要求8所述的管道束，其特征在于：
(a)每个第一类管道是光传导成像管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有成像芯折射率并被具有低于所述成像芯折射率的成像包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过所述光传导成像管道，并且使得所述多个光传导成像管道结合以形成图像传导束；
(b)在所述内部束刚性区域之内，所述光传导成像管道以以下方式的至少一种彼此连接：(i)熔接和(ii)粘合；
(c)邻近熔接的成像管道的刚性区域结束于被构造用于输入目标的图像以用于通过所述内部图像传导束传输图像的输入端面；
(d)每个第二类管道是照明管道，其包括光学可传递芯，所述光学可传递芯具有照明芯折射率并被具有低于所述照明芯折射率的照明包层折射率的包层材料环绕，以使得光通过全内反射而传播通过照明管道；
(e)每个照明管道包括光收集端和纵向相对的光发射端，其中光发射端足够接近所述输入端面，以将引入到所述光收集端的光投射在目标上，所述目标的图像被传输穿过所述图像束；
(f)被选的一组照明管道的每个照明管道呈现出在预定公差之内符合第二组预先建立的尺寸参数的第二横截面几何形状和第二直径；以及
(g)第一组和第二组预先建立的尺寸参数使得下述至少一个成立：(i)所述成像管道的直径不同于所述照明管道的直径以及(ii)所述成像管道的横截面几何形状不同于所述照明管道的横截面几何形状。
12.根据权利要求11所述的管道束，其特征在于：所述成像管道的直径小于所述照明管道的直径。
13.根据权利要求12所述的管道束，其特征在于进一步包括：
包括结构壁的刚性分离结构，所述结构壁包括结构壁内表面和结构壁外表面，其中
(a)所述结构壁内表面在外围连接到所述内部束刚性区域的至少一侧的至少一个；以及
(b)被选的一组照明管道的每个照明管道的刚性连接区域被连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面以及(ii)多个照明管道的另一个照明管道的连接区域，以使得所述分离结构插入在所述内部束刚性区域和连接到所述内部束刚性区域的所述照明管道的至少一个之间。
14.根据权利要求13所述的管道束，其特征在于以下至少一个成立：(i)所述结构壁内表面全部围绕所述内部束刚性区域长度的至少一部分以及(ii)所述分离结构的所述结构壁是至少部分非透明的，以阻止引入从照明管道泄漏到所述图像传导束中的光。
15.根据权利要求11所述的管道束，其特征在于进一步包括：
包括结构壁的刚性分离结构，所述结构壁包括结构壁内表面和结构壁外表面，其中
(a)所述结构壁内表面在外围连接到所述内部束刚性区域的至少一侧的至少一个；以及
(b)被选的一组照明管道的每个照明管道的刚性连接区域被连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面以及(ii)多个照明管道的另一个照明管道的连接区域，以使得所述分离结构插入在所述内部束刚性区域和连接到所述内部束刚性区域的所述照明管道的至少一个之间。
16.根据权利要求15所述的管道束，其特征在于以下至少一个成立：(i)所述结构壁内表面全部围绕所述内部束刚性区域长度的至少一部分以及(ii)所述分离结构的所述结构壁是至少部分非透明的，以阻止引入从照明管道泄漏到所述图像传导束中的光。
17.根据权利要求15所述的管道束，其特征在于：除了刚性连接区域以外，被选的一组照明管道的每个照明管道包括柔性区域，其可自由地相对内部束刚性区域运动，每个照明管道沿着所述刚性连接区域连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面以及(ii)另一个照明管道的连接区域。
18.根据权利要求11所述的管道束，其特征在于：除了刚性连接区域以外，被选的一组照明管道的每个照明管道包括柔性区域，其可自由地相对内部束刚性区域运动，每个照明管道沿着所述刚性连接区域连接到以下至少一个：(i)所述结构壁外表面以及(ii)另一个照明管道的连接区域。
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