-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steckverbinder zur elektrischen
und optischen Kopplung mit einem Gegensteckverbinder und Leitungen zum Übertragen
von elektrischen Signalen oder elektrischer Leistung und zum Übertragen
von Licht. Diese Gegenstände werden oft auch als Hybrid-Steckverbinder
bzw. Hybrid-Leitungen bezeichnet. Ferner bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf Vorrichtungen zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen
von Licht, insbesondere optischer Bildinformation, und zumindest
entweder zum Senden oder zum Empfangen eines elektrischen Signals oder
elektrischer Leistung.
-
Bei
endoskopischen Systemen für medizinische oder technische
Anwendungen wie auch bei vielen anderen Systemen müssen
gleichzeitig elektrische Signale und Licht (beispielsweise optische
Bildinformation) zwischen zwei Punkten übertragen werden.
Herkömmlich geschieht dies in vielen Fällen mit zwei
getrennten Leitern bzw. Kabeln, einem Leiter für elektrische
Leistung und/oder Signale und ein davon separater Leiter für
Licht. Offensichtliche Nachteile sind der erhöhte Installationsaufwand
und der erhöhte Platzbedarf für jeweils zwei Steckverbindungen
an beiden Enden.
-
In
der
US 4,606,603 , der
US 4,616,900 und der
US 4,666,242 sind Hybrid-Steckverbindungen
für einen Unterwassereinsatz mit koaxialen Anordnungen
von Lichtwellenleitern und elektrischen Kontakten beschrieben. In
der
US 5,085,492 ist
ein optischer Steckverbinder mit einer elektrischen Kodierung beschrieben.
In der
US 5,672,079 ist
eine Hybrid-Steckverbindung mit koaxialer Anordnung eines Lichtwellenleiters
und von Kontakten zur Übertragung elektrischer Hochfrequenzsignale
beschrieben. In der
US 5,850,496 ist
ein faseroptisches Kabel mit integrierten elektrischen Leitern und
einem Steckverbinder mit einer koaxialen Anordnung eines lichtleitenden
Kerns und elektrischer Kontakte beschrieben. In der
WO 00/08502 ist eine Steckeranordnung
beschrieben, bei der Steckerstifte für Lichtwellenleiter und
elektrische Kontaktstifte nebeneinander angeordnet sind. In der
US 6,533,466 B1 ist
eine Hybrid-Steckverbindung beschrieben, bei der ein faseroptischer
Leiter in einem Massekontakt angeordnet ist.
-
Eine
gemeinsame Eigenschaft der in den genannten Dokumenten beschriebenen
Steckverbindungen ist, dass Kontaktflächen elektrischer
Kontakte parallel zur Steckrichtung angeordnet sind. Beim Verbinden
eines Steckverbinders und eines Gegensteckverbinders schleifen die
korrespondierenden Kontaktflächen aneinander. Dabei können
Verschmutzungen oder Oxidschichten auf den Kontaktflächen
abgetragen und der Übergangswiderstand vermindert werden.
Die Geometrien der beschriebenen Steckverbinder sind jedoch so komplex,
dass eine Reinigung nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich
ist. Ferner erfolgt bei allen beschriebenen Steckverbindungen eine
optische Entkopplung lange vor einer elektrischen Trennung. Aus
der Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer
Leistung über die Steckverbindung kann also nicht auf eine einwandfreie
optische Kopplung geschlossen werden.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Steckverbinder zur elektrischen und optischen Kopplung mit einem
Gegensteckverbinder, eine verbesserte Leitung zum Übertragen
zumindest entweder eines elektrischen Signals oder elektrischer
Leistung und zum Übertragen von Licht und eine verbesserte
Vorrichtung zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen von
Licht und zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen eines
elektrischen Signals oder elektrischer Leistung zu schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
-
Weiterbildungen
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Verschiedene
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf
der Idee, bei einem Steckverbinder sowie bei einer Leitung mit einem Steckverbinder
eine Kontaktfläche für eine elektrisch leitfähige
Verbindung mit einer Kontaktfläche eines Gegensteckverbinders
und eine Lichtübertrittsfläche zum optischen Koppeln
mit einer Lichtübertrittsfläche des Gegensteckverbinders
so auszubilden, dass die Lichtübertrittsfläche
des Steckverbinders und die Lichtübertrittsfläche
des Gegensteckverbinders immer gekoppelt sind, wenn eine elektrisch
leitfähige Verbindung zwischen der Kontaktfläche
des Steckverbinders und der Kontaktfläche des Gegensteckverbinders
vorliegt.
-
Für
viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn aus dem Vorliegen einer
elektrischen Verbindung zwischen Kontaktflächen eines Steckverbinders
und eines Gegensteckverbinders auf eine einwandfreie optische Kopplung
zwischen Lichtübertrittsflächen des Steckverbinders
und des Gegensteckverbinders geschlossen werden kann. Beispielsweise können
die Kontaktflächen des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders
in einem Sicherheitsstromkreis angeordnet werden, bei dessen Unterbrechung
eine Lichtquelle abgeschaltet und/oder ein Warnsignal erzeugt wird.
Sowohl der Steckverbinder als auch der Gegensteckverbinder können
jeweils mit einer flexiblen Leitung zur Übertragung von
elektrischen Signalen oder elektrischer Leistung und von Licht oder
mit einer Vorrichtung verbunden oder in diese integriert sein.
-
Die
Lichtübertrittsfläche kann durch eine Stirnfläche
eines SM- oder MM-Lichtwellenleiters aus Glas, Kunststoff oder einem
anderen transparenten Material gebildet sein. Ferner kann die Lichtübertrittsfläche
durch eine Stirnfläche eines kohärenten oder nicht-kohärenten
Bündels aus solchen Lichtwellenleiter gebildet sein. Alternativ
kann die Lichtübertrittsfläche durch die Stirnfläche
eines Kollimators gebildet sein.
-
Die
Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche
können in einer Ebene oder im Wesentlichen in einer Ebene
angeordnet sein. Bei einer Alternative sind die Kontaktfläche
in einer ersten Ebene oder im Wesentlichen in einer ersten Ebene
und die Lichtübertrittsfläche in einer zweiten
Ebene oder im Wesentlichen in einer zweiten Ebene, die parallel
zur ersten Ebene ist, angeordnet. Die Ebene oder die Ebenen, in
denen die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche
liegen, ist bzw. sind insbesondere senkrecht zur Steckrichtung des
Steckverbinders. Die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche
liegen insbesondere dann im Wesentlichen in einer Ebene, wenn ihre
(insbesondere konvexe) Krümmung so gering ist, dass sowohl
die optische Kopplung als auch die elektrisch leitfähige
Verbindung mit einer Kontaktfläche und einer Lichtübertrittsfläche
eines Gegensteckverbinders, die gleich ausgebildet sind, durch eine
Hertzsche Pressung bei einer Kraft hergestellt werden können,
die weder den Steckverbinder noch den Gegensteckverbinder schädigt.
Bei Kopplung von Kontaktflächen und Lichtübertrittsflächen
mittels Hertzscher Pressung liegt eine Mindestpresskraft zwischen
den Lichtübertrittsflächen vor, wenn die Kontaktflächen
einander berühren. Aus einer elektrisch leitfähigen
Verbindung zwischen den Kontaktflächen kann deshalb auf
eine definierte optische Kopplung geschlossen werden.
-
Dafür,
wann eine Fläche im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet
ist, kann alternativ eine andere Definition gegeben werden, die
vom Winkel zwischen einer Flächennormale und der Normale
auf die Ebene oder vom Maximum dieses Winkels innerhalb der Fläche
ausgeht. Eine Fläche gilt insbesondere als im Wesentlichen
in einer Ebene angeordnet, wenn die Flächennormale von
der Senkrechten auf die Ebene um nicht mehr als 30° oder
nicht mehr als 20° abweicht. Engere Definitionen sehen
vor, dass der Winkel nicht mehr als 10° oder nicht mehr
als 5° oder nicht mehr als 2° beträgt.
-
Besonders
die Anordnung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche
in einer Ebene oder im Wesentlichen in einer Ebene kann eine besonders kompakte
Bauform des Steckverbinders ermöglichen, insbesondere eine
geringe Länge. Für viele Anwendungen sind ein
Durchmesser von höchstens 10 mm und eine Länge
von höchstens 50 mm erreichbar. Dadurch werden unter Anderem
auf eine Verbindung zweier Steckverbinder wirkende Momente reduziert.
Ferner ist ein kompakter Steckverbinder besser an einer kompakten Vorrichtung,
beispielsweise einem Endoskop zur Untersuchung von Ohren oder Nasen
einsetzbar.
-
Die
Kontaktfläche kann koaxial zu der Lichtübertrittsfläche
angeordnet sein. Insbesondere in diesem Fall, aber auch bei einer
nicht-koaxialen Anordnung, können ein Rand der Lichtübertrittsfläche und
ein Rand der Kontaktfläche unmittelbar aneinander grenzen.
Die Kontaktfläche hat damit einen minimalen Radius. Als
Rand der Lichtübertrittsfläche wird beispielsweise
bei SM- oder MM-Lichtwellenleitern (SM = Single Mode; MM = Multi
Mode) der Rand der Stirnfläche des Lichtwellenleiters angesehen,
auch wenn die Lichtintensität dort aufgrund des Profils
des Brechungsindex gering ist. Im Fall kohärenter oder nicht-kohärenter
Bündel von Lichtwellenleitern, oft auch als Faserbündel
bezeichnet, ist der Rand des Bündels an dessen Ende der
Rand der Lichtübertrittsfläche.
-
Bei
einigen Varianten eines Steckverbinders mit einer Kontaktfläche
und einer Lichtübertrittsfläche in einer oder
in zwei parallelen Ebenen ist eine Reinigung der Kontaktfläche
und der Lichtübertrittsfläche besonders leicht
möglich. Insbesondere bei einer Anordnung der Kontaktfläche
und der Lichtübertrittsfläche in einer Ebene bzw.
im Wesentlichen in einer Ebene und bei unmittelbar aneinander angrenzenden
Rändern der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche
können beide Flächen in einem einzigen Wischvorgang
gereinigt werden. Insbesondere bei endoskopischen Systemen für
medizinische Anwendungen ist es wichtig, dass alle Oberflächen
einschließlich der Oberflächen eines Steckverbinders leicht
und sicher gereinigt und sterilisiert werden können. Ferner
ist bei einer solchen Ausgestaltung der Kontaktfläche und
der Lichtübertrittsfläche in vielen Fällen
eine einwandfreie Abdichtung des Steckverbinders und ggf. einer
mit dem Steckverbinder verbundenen Leitung gegen ein Eindringen
eines Fluids in den Steckverbinder oder in das Innere einer mit dem
Steckverbinder verbundenen Leitung ohne Weiteres möglich.
-
Die
Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche
können so ausgebildet sein, dass bei einer Drehung des
Steckverbinders gegenüber einem mit dem Steckverbinder
verbundenen Gegensteckverbinder um eine vorbestimmte Achse die elektrische
leitfähige Verbindung zwischen den Kontaktflächen
des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders und die optische
Kopplung zwischen den Lichtübertrittsflächen des
Steckverbinders und des Gegensteckverbinders erhalten bleiben. Diese
Verdrehbarkeit kann insbesondere durch eine koaxiale Anordnung der
Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche
ermöglicht werden. Die Verdrehbarkeit kann mechanische
Spannungen am Steckverbinder, insbesondere zwischen dem Steckverbinder
und dem Gegensteckverbinder sowie ggf. in einer mit dem Steckverbinder verbundenen
Leitung mindern. Damit können auch von der Leitung auf
eine weitere mit der Leitung verbundene Vorrichtung, beispielsweise
ein Endoskop, ausgeübte Kräfte und Momente deutlich
verringert werden. Gerade bei den oft sehr biegesteifen und vor Allem
auch verwindungssteifen faseroptischen Leitungen, die bei Endoskopen
verwendet werden, führt dies zu Kräften und Momenten,
die von der endoskopierenden Person kompensiert werden müssen.
Die freie Verdrehbarkeit ermöglicht deshalb ein feinfühligeres
Führen des Endoskops.
-
Insbesondere
bei einer Anordnung der Kontaktfläche unmittelbar angrenzend
an die Lichtübertrittsfläche hat die Kontaktfläche
einen minimalen Radius. Die aus der Reibung zwischen aneinander
anliegenden Kontaktflächen resultierende Kraft hat deshalb
nur ein geringes Drehmoment zur Folge. Ferner resultiert beim Verdrehen
ein geringer Verschleiß.
-
Alternativ
kann der Steckverbinder für eine Verbindung mit einem Gegensteckverbinder
in einer definierten relativen Winkelausrichtung und ohne eine Verdrehbarkeit
ausgebildet sein. Dies kann im Fall kohärenter Bündel
von Lichtwellenleitern zur Bildübertragung vorteilhaft
sein.
-
Der
Steckverbinder kann ausgebildet sein, um mit einem Gegensteckverbinder
verbunden zu werden, der dem Steckverbinder gleicht oder sich vom
Steckverbinder nur in einer Kupplungseinrichtung zum mechanischen
Verbinden des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders unterscheidet. Die
Unterscheidung zwischen männlichen und weiblichen Steckverbindern
und die resultierenden Einschränkungen in deren Verwendung
können damit vermieden werden. Der Aufwand der Lagerhaltung kann
damit näherungsweise halbiert werden. Ferner wird die Verwendung
vereinfacht, da beispielsweise auf eine korrekte Orientierung einer
Leitung mit zwei Steckverbindern an ihren Enden nicht geachtet werden
muss.
-
Zum
Verbinden des Steckverbinders und eines Gegensteckverbinders kann
eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, die mit dem Steckverbinder
oder dem Gegensteckverbinder fest verbunden oder von beiden lösbar
sein kann. Wenn die Kupplungseinrichtung sowohl mit dem Steckverbinder
als auch mit einem Gegensteckverbinder lösbar verbunden
werden kann, kann sie symmetrisch ausgebildet sein. Alternativ kann
die Kupplungseinrichtung für einander entsprechende mechanische
Verbindungen mit dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder
ausgebildet sein. Die Kupplungseinrichtung kann alternativ oder
zusätzlich für eine weitere elektrische Verbindung
zwischen dem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder ausgebildet
sein. Auf diese oder andere Weise können zwei Kontaktflächen
für zwei elektrische Verbindungen und die Lichtübertrittsfläche
koaxial zueinander angeordnet sein.
-
Die
beschriebenen Steckverbinder können beispielsweise als
modifizierte FSMA-(FSMA = field installable subminiature assembly),
ST-(ST = Straight Tip; Marke von AT & T; entspricht beispielsweise BFOC/2,5
nach IEC-874-10), BFOC-(BFOC = Bayonet Fiber Optic
Connector), LSA- oder FC-Stecker (FC = Ferrule Connector) ausgebildet
sein. Diese müssen teilweise nur geringfügig modifiziert
werden. Beispielsweise reicht in vielen Fällen die Verwendung
einer metallischen oder elektrisch leitfähigen Fassung
für den Lichtwellenleiter oder die Verwendung eines Metalls
oder eines anderen elektrisch leitfähigen Materials für
die Ferrule aus. Dabei ist die metallische oder elektrisch leitfähige
Fassung bzw. die metallische oder elektrisch leitfähige
Ferrule insbesondere gegenüber anderen Teilen des Steckverbinders
elektrisch isoliert, beispielsweise durch Kunststoff- oder Keramikteile.
-
Insbesondere
eignet sich die vorliegende Erfindung für optische Steckverbinder
des Herstellers Diamond SA. Bei diesen ist das Ende des Lichtwellenleiters
in einer Metallfassung in einer Keramikferrule gefasst. Wenn die
Metallfassung bündig mit dem Ende des Lichtwellenleiters
abschließt, eignet sie ihre Stirnfläche als Kontaktfläche.
Durch die Keramikferrule ist die Metallfassung gegenüber
anderen Teilen des Steckverbinders elektrisch isoliert.
-
Die
beschriebenen Steckverbinder können Bestandteil einer Vorrichtung
zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen von Licht und zumindest
entweder zum Senden oder zum Empfangen eines elektrischen Signals
oder elektrischer Leistung sein. Die Vorrichtung kann Bestandteil
eines endoskopischen Systems, eines Chirurgielaser-Systems, insbesondere
eines endoskopischen Chirurgielaser-Systems, eines faseroptischen
Sensorsystems oder eines anderen Systems sein.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Nachfolgend
werden Ausführungsformen anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Steckverbinders;
-
2 eine
schematische Darstellung des Steckverbinders aus 1;
-
3 eine
schematische Darstellung zweier Steckverbinder vor einer Kopplung;
-
4 eine
schematische Darstellung zweier gekoppelter Steckverbinder;
-
5 eine
schematische Darstellung eines Steckverbinders;
-
6 eine
schematische Darstellung eines Videoendoskopie-Systems;
-
7 eine
schematische Darstellung eines distalen Endes eines Videoendoskopie-Systems;
-
8 eine
schematische Darstellung eines Chirurgielaser-Systems;
-
9 eine
schematische Darstellung eines Steckverbinders;
-
10 eine
schematische Darstellung eines distalen Endes eines Chirurgielaser-Systems;
-
11 eine
schematische Darstellung eines Fibroskop-Systems;
-
12 eine
schematische Darstellung eines distalen Endes eines Fibroskop-Systems;
-
13 eine
schematische Darstellung einer in eine Leitung integrierten Lichtquelle;
-
14 eine
schematische Darstellung eines endoskopischen Sensorsystems;
-
15 eine
schematische Darstellung eines Steckverbinders;
-
16 eine
schematische Darstellung eines distalen Endes des endoskopischen
Sensorsystems aus 14;
-
17 eine
schematische Darstellung eines Steckverbinders;
-
18 eine
schematische Darstellung einer Leitung;
-
19 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier gekoppelter Steckverbinder;
-
20 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier gekoppelter Steckverbinder;
-
21 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts einer Leitung; und
-
22 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts einer Leitung.
-
Beschreibung der Ausführungsformen
-
Die 1 und 2 zeigen
schematische Darstellungen eines Steckverbinders 100. 1 zeigt
einen Schnitt entlang einer Schnittebene parallel zur Steckrichtung. 2 zeigt
eine Draufsicht in einer Richtung parallel zur Steckrichtung.
-
Der
Steckverbinder 100 umfasst eine zumindest näherungsweise
kreiszylindrische Ferrule 102 aus Keramik oder einem anderen
elektrisch isolierenden Material. In einer zentrischen Bohrung der
Ferrule 102 ist eine Metallfassung 104 angeordnet.
In der Metallfassung 104 ist ein Ende eines Lichtwellenleiters 106 angeordnet.
An einem Ende der Ferrule 102 stehen die Metallfassung 104 und
das Ende des Lichtwellenleiters 106 geringfügig,
insbesondere wenige Millimeter, über. Eine Stirnfläche
der Metallfassung 104 bildet eine Kontaktfläche 108.
Eine Stirnfläche des Endes des Lichtwellenleiters 106 bildet
eine Lichtübertrittsfläche 110. Die Kontaktfläche 108 und die
Lichtübertrittsfläche 110 sind in einer
Ebene angeordnet. Alternativ bilden die Kontaktfläche 108 und die
Lichtübertrittsfläche 110 eine leicht
konvexe und zur Symmetrieachse der Ferrule 102, der Metallfassung 104 und
des Lichtwellenleiters 106 symmetrische Fläche.
-
Die
Ferrule 102 ist in einer zentrischen Bohrung eines Mantels 120 angeordnet.
Der elektrisch leitfähige Mantel 120 umfasst einen
Kontakt 122, der die Form eines zylindrischen Kragens aufweist.
Der Kontakt 122 steht in Richtung zu dem Ende der Ferrule 102 vor,
an dem die Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 angeordnet
sind. An einer Innenseite des zylindrischen Kontakts 122 ist
ein Gewinde 124 zum Kuppeln des Steckverbinders 100 mit einem
Gegensteckverbinder angeordnet. Anstelle eines Gewindes 124 kann
ein Bajonettverschluss oder eine andere Einrichtung zum lösbaren
Verbinden vorgesehen sein.
-
Elektrische
Leiter 130 sind über eine erste Lötstelle 132 mit
der Metallfassung 104 bzw. über eine zweite Lötstelle 134 mit
dem Mantel 120 elektrisch leitfähig verbunden.
Anstelle der Lötstellen 132, 134 können
auch Schweißpunkte bzw. Punktschweißungen, insbesondere
Laserschweißpunkte, Reibschweißverbindungen, Crimpverbindungen, Schraub-
oder andere Klemmungen, Klebungen mittels leitfähigen Klebstoffs,
ring- oder Streifenförmige Anschlussbleche mit Lötlaschen
oder andere elektrisch leitfähige Verbindungen vorgesehen
sein. Die elektrischen Leiter 130 können als parallele
oder miteinander verdrillte Adern vorgesehen, koaxial oder koaxial
zum Lichtwellenleiter 106 angeordnet sein.
-
Im
Falle eines elektrisch leitfähigen Lichtwellenleiters,
insbesondere eines metallisierten bzw. mit einer Metallschicht versehenen
Lichtwellenleiters 106 kann einer der Leiter 130 entfallen
bzw. durch den elektrisch leitfähigen Lichtwellenleiter
oder die Metallschicht auf dem Lichtwellenleiter 106 gebildet sein.
Diese Metallschicht ist dann beispielsweise mittels elektrisch leitfähigem
Klebstoff, einer Lötverbindung oder (bei einem mechanisch
hinreichend robusten Lichtwellenleiter 106) durch Pressung,
Klemmung oder eine Crimpverbindung mit der Metallfassung 104 elektrisch
leitfähig verbunden. Beide Leiter 130 können
in Form zweier übereinander liegender bzw. konzentrischer
und durch eine Isolierschicht voneinander elektrisch isolierter
Metallisierungen des Lichtwellenleiters 106 vorgesehen
sein.
-
Als
weitere Alternative können einer der beiden Leiter 130 oder
beide Leiter 130 als Drahtspirale, Geflecht oder Folienschlauch
aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material
und/oder in Form einer elektrisch leitfähigen Verstärkung
oder Armierung für den Lichtwellenleiter 106 ausgebildet sein.
Der oder die so ausgebildeten Leiter 130 können
dabei innerhalb eines in den 1 und 2 nicht
dargestellten flexiblen Mantels um den Lichtwellenleiter 106 angeordnet
oder in den flexiblen Mantel integriert sein. Durch eine oder mehrere
elektrisch isolierende Schichten kann eine elektrische Isolation
vorgesehen sein. Wenn einer der Leiter 130 den anderen
Leiter 130 koaxial oder im Wesentlichen koaxial mantelförmig
umgibt, kann er gleichzeitig die Wirkung einer Schirmung gegen eine
Einkopplung von Störsignalen aufweisen.
-
Da
der Mantel 120 von der Metallfassung 104 durch
die Ferrule 102 elektrisch isoliert ist, können
mit dem Steckverbinder 100 gleichzeitig eine optische Verbindung über
die Lichtübertrittsfläche 110 und zwei
elektrische Verbindungen über die Kontaktfläche 108 bzw.
den Kontakt 122 hergestellt werden. Da der Mantel 120 und
der Kontakt 122 die Ferrule 102 und die Metallfassung 104 in
umfänglicher Richtung vollständig umschließen,
sind sie als Schirmung bzw. Schirmkontakt des Steckverbinders 100 geeignet.
-
Die 3 und 4 zeigen
jeweils eine Darstellung zweier Steckverbinder 100 in einem
Schnitt parallel zur Symmetrieachse der Steckverbinder 100. Jeder
der Steckverbinder 100 entspricht hinsichtlich seines Aufbaus
und seiner Geometrie im Wesentlichen dem oben anhand der 1 und 2 dargestellten
Steckverbinder 100.
-
Die
beiden Steckverbinder 100 können mittels einer
Kupplungseinrichtung 140 so lösbar miteinander
verbunden werden, dass gleichzeitig die Lichtübertrittsflächen 110 optisch
und die Kontaktflächen 108 der Steckverbinder 100 elektrisch
miteinander gekoppelt werden. Dazu weist die im Wesentlichen zylindermantelförmige
Kupplungseinrichtung 140 an beiden Enden jeweils ein Gewinde 144 auf.
Diese Gewinde 144 sind ausgebildet, um in die Gewinde 124 der
Mäntel 120 der Steckverbinder 100 einzugreifen.
Wie bereits oben anhand der 1 und 2 erwähnt,
können anstelle der Gewinde 124, 144 Bajonettverschlüsse
oder andere Einrichtungen zum lösbaren mechanischen Verbinden
vorgesehen sein.
-
In
der Kupplungseinrichtung 140 ist eine Führung 142 angeordnet,
die ein elektrisch isolierendes oder auch ein elektrisch leitfähiges
Material aufweist. Die Führung 142 kann mit der
Kupplungseinrichtung 140 einstückig ausgeführt
sein. Die Ferrulen 102 und die Führung 142,
insbesondere deren zylinderförmige Innenfläche,
weisen eine hinreichend präzise definierte Geometrie auf,
um eine ausreichend genaue Ausrichtung der Lichtwellenleiter 106 und insbesondere
der Lichtübertrittsflächen 110 zu gewährleisten.
-
Während
in 3 ein Zustand gezeigt ist, in dem die Kupplungseinrichtung 140 nur
mit einem der beiden Steckverbinder 100 gekuppelt bzw.
mechanisch verbunden ist, zeigt 4 eine Situation,
in der beide Steckverbinder 100 über die Kupplungseinrichtung 140 miteinander
mechanisch gekuppelt bzw. verbunden sind. Die Lichtübertrittsflächen 110 der beiden
Steckverbinder 100 sind miteinander optisch gekoppelt,
insbesondere liegen sie aneinander an. Die Kontaktflächen 108 der
beiden Steckverbinder 100 sind miteinander elektrisch gekoppelt
bzw. elektrisch leitfähig verbunden. Wenn die Kupplungseinrichtung 140 ein
elektrisch leitfähiges Material aufweist, sind ferner die
Mäntel 120 bzw. die Schirmkontakte 122 der
Mäntel 120 elektrisch gekoppelt bzw. elektrisch
leitfähig miteinander verbunden. In diesem Fall bilden
die Gewinde 124, 144 Kontaktflächen des Steckverbinders 100 bzw.
der Kupplungseinrichtung 140.
-
Die
Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 eines
Steckverbinders 100 sind in einer Ebene angeordnet oder
bilden zusammen im Wesentlichen eine glatte, leicht konvexe Fläche.
Die Konvexität der durch die Lichtübertrittsfläche 110 und die
Kontaktfläche 108 gebildeten Fläche ist
so, dass bei der in 4 gezeigten Kupplung zweier
Steckverbinder 100 durch Hertzsche Pressung nicht nur die
Lichtübertrittsflächen 110, sondern auch
die Kontaktflächen 108 einander berühren.
Die Konvexität ist jedoch so gering, dass die bei dieser
Hertzschen Pressung auftretenden mechanischen Spannungen weder die
Lichtwellenleiter 106 oder die Lichtübertrittsflächen 110 noch
die Metallfassungen 104 oder die Kontaktflächen 108 schädigen
oder zerstören.
-
Bei
einem Lichtwellenleiter 106 aus Quarz (Elastizitätsmodul
E = 7,3 × 1010 N/m2,
Querkontraktionszahl v = 0,3) mit einem Durchmesser von d = 125 μm
und einem Radius der Oberfläche von r = 5 × 10–2 m reicht eine Kraft von ca. 0,5
N damit die Hertzsche Abplat tung größer als der
Durchmesser des Lichtwellenleiters 106 ist und die Kontaktflächen 108 einander
berühren. Da typische Anpresskräfte bei faseroptischen
Stecksystemen in der Größenordnung von 10 N liegen,
reicht die Hertzsche Pressung zuverlässig aus, um neben
einer optischen Kopplung auch eine elektrische Kopplung sicherzustellen.
-
Anstelle
einer konvexen Ausführung der Lichtübertrittsfläche
und der Kontaktfläche ist jedoch auch eine Ebene oder eine
leicht konkave Ausführung möglich. Besonders bei
kohärenten Faserbündeln beispielsweise zur Bildübertragung
und bei nicht kohärenten Faserbündeln ist eine
direkte Berührung oft unerwünscht. In jedem Fall
stellt die Anordnung der Lichtübertrittsfläche
und der Kontaktfläche im Wesentlichen in einer Ebene sicher,
dass bei einer Trennung der Steckverbindung die optische Kopplung
erst aufgehoben wird, wenn die elektrische Kopplung bzw. die elektrisch
leitfähige Verbindung bereits getrennt ist.
-
Die
anhand der 1 bis 4 dargestellten
Steckverbinder 100 können für eine freie
Rotierbarkeit um die Symmetrieachse der Lichtübertrittsfläche 110 und
der Kontaktfläche 108 auch im gekoppelten Zustand
ausgebildet sein. Dazu kann anstelle der Gewinde 124, 144 beispielsweise
eine Einrast- oder Schnappverbindung vorgesehen sein. Alternativ kann
der Mantel 120 drehbar mit der Ferrule 102 verbunden
sein. Ferner ist beispielsweise eine zweiteilige Ausführung
der Kupplungseinrichtung 140 möglich.
-
Um
im Fall einer relativen Rotierbarkeit zweier gekuppelter Steckverbinder 100 eine
Abnutzung der miteinander gekoppelten Kontaktflächen 108 und vor
allem der mit einander gekoppelten Lichtübertrittsflächen 110 zu
verhindern oder zu mindern, können eine oder mehrere elektrisch
bzw. optisch kompatible Gleitbeschichtungen vorgesehen sein. Dazu sind
beispielsweise Beschichtungen verwendbar, die PTFE, Molybdänsulfid,
Kohlenstoff (insbesondere diamantähnlichen Kohlenstoff
bzw. DLC Diamond Like Carbon), Silikon, Wachs, ein Polymer, ein
Protein, Silber oder Titannitrid (TiN) aufweisen. Alternativ oder
zusätzlich kann durch eine Nanostrukturierung der Kontaktflächen 108 und/oder
der Lichtübertrittsflächen 110 eine Abnutzung
durch Reiben verhindert oder verringert werden.
-
Umgekehrt
ist auch eine definierte relative Ausrichtung zweier Steckverbinder 100,
der Kontaktflächen 108 und der Lichtübertrittsflächen 110 möglich.
Dazu wird beispielsweise die axiale Symmetrie der Ferrule 102 und
der Führung 142 durch Nocken, Nasen, Nuten, Stifte
oder auf andere Weise gebrochen. Eine definierte Ausrichtung und
ein Unterbinden einer relativen Verdrehung können beispielsweise
vorteilhaft sein, wenn anstelle eines einzelnen Lichtwellenleiters 106 ein
kohärentes Bündel von Lichtwellenleitern zur Bildübertragung
vorgesehen ist.
-
Die
anhand der 1 bis 4 dargestellten
Steckverbinder 100 sind ohne Weiteres gegen ein Eindringen
von Staub oder eines Fluids aus der Steckrichtung abdichtbar. Dazu
müssen lediglich die Verbindungen zwischen der Ferrule 102 und
dem Mantel 120, zwischen der Metallfassung 104 und
der Ferrule 102 und zwischen dem Lichtwellenleiter 106 und
der Metallfassung 104 entsprechend ausgeführt sein.
Beispielsweise können diese Verbindun gen bzw. Übergänge
durch entsprechend genaue Passungen, durch Pressungen, Klebungen,
Dichtungen oder durch Aufschrumpfen fluiddicht ausgestaltet werden.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung eines Steckverbinders 100 in
einem Schnitt parallel zu seiner Symmetrieachse. Der Steckverbinder 100 unterscheidet
sich von den oben anhand der 1 bis 4 dargestellten
Steckverbindern unter anderem dadurch, dass der Mantel 120 nicht
starr mit der Ferrule 102 verbunden ist. Zwischen der Ferrule 102 und
dem Mantel 120 sind eine Tellerfeder 152, die
in Nuten in der Ferrule 102 und im Mantel 120 eingreift, und
ein Dichtungselement 154, insbesondere ein O-Ring angeordnet.
Der Mantel 120 ist somit gegenüber der Ferrule 102 in
axialer Richtung im Rahmen der Elastizität der Tellerfeder 152 verschiebbar.
Anstelle der Tellerfeder 152 kann eine Spiralfeder oder ein
anderes elastisches Element vorgesehen sein. Die Funktionen der
Tellerfeder 152 und des Dichtungselements 154 können
in einem einzigen Element integriert sein.
-
Ferner
weist der in 5 dargestellte Steckverbinder 100 eine
Knickschutztülle 156 auf. Die Knickschutztülle 156 ist
mit dem Mantel 120 verbunden und liegt an ihrem vom Steckverbinder 100 abgewandten
Ende mit einem inneren Umfang an einer Leitung 200, insbesondere
deren Mantel 202 an. Die Leitung 200 umfasst den
Lichtwellenleiter 106 und die Leiter 130. Das
Dichtungselement 154 und die Knickschutztülle 156 dichten
den Steckverbinder 100 und seinen Übergang in
die Leitung 200 gegen ein Eindringen von Staub oder Fluiden
ab. Die Knickschutztülle 156 kann ferner zur Zugentlastung
der Verbindung zwischen Steckverbinder 100 und Leitung 200 und
zur relativen Ausrichtung von Steckverbinder 100 und Leitung 200 bzw.
zur Führung der Ferrule 102 ausgebildet sein.
-
Der
in 5 dargestellte Steckverbinder 100 kann
mit einem weiteren entsprechenden Steckverbinder oder mit dem oben
anhand der 1 und 2 dargestellten
Steckverbinder ähnlich gekoppelt werden wie oben anhand
der 3 und 4 dargestellt.
-
6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Videoendoskopie-Systems mit
einer Videoendoskopievorrichtung 300. Die Videoendoskopievorrichtung 300 umfasst
eine Lichtquelle 310 mit einem Leuchtmittel 312,
beispielsweise einer Bogenlampe und einem Spiegel 314.
Die Lichtquelle umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 6 nur
durch einen Kontakt 318 angedeutet ist und unten mit Bezug auf 17 näher
beschrieben wird. Der Spiegel 314 weist beispielsweise
die Form eines Rotationsellipsoids auf und bildet das Leuchtmittel 312 auf
eine Öffnung im Kontakt 318 ab. Der Kontakt 318 ist
damit gleichzeitig Ausgangsblende zur Ausblendung von Licht außerhalb
des durch die Öffnung vorbestimmten Querschnitts. Die Lichtquelle 310 kann
weitere optische und andere Elemente umfassen, die in 6 aus
Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt
sind. Anstelle des Spiegels kann ein Linse oder ein anders abbildendes
Element vorgesehen sein.
-
Die
Videoendoskopievorrichtung 300 umfasst ferner eine Kamerasteuerung 320,
die über Leiter 322 mit dem Kontakt 318 und über
diesen und einen in 6 nicht dargestellten Steckverbinder
mit einem Steckverbinder 100 einer Leitung 200 verbunden
werden kann. Die Kamerasteuerung 320 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 330 gekoppelt.
-
Eine
Videosonde umfasst eine Leitung 200 mit einem Steckverbinder 100,
der mit der Videoendoskopievorrichtung 300 gekoppelt werden
kann, und einem distalen Ende 340, das unten mit Bezug auf 7 näher
beschrieben wird. Der Steckverbinder 100 entspricht beispielsweise
einem der oben anhand der 1 bis 5 dargestellten
Steckverbinder und kann wie in 6 angedeutet
mit der Videoendoskopievorrichtung 300 gekoppelt werden.
Dabei liegt die Kontaktfläche 108 des Steckverbinders 100 an
dem Kontakt 318 der Videoendoskopievorrichtung 300 an.
In der Öffnung des Kontakts 318 und an der Lichtübertrittsfläche 110 liegt
ein Fokus des Spiegels 314. Die Ebene, in welcher der Fokus
des Spiegels 314 liegt, und in die der Spiegel 314 das
Leuchtmittel 312 abbildet, ist die Lichtübertrittsfläche
des Steckverbinders der Videoendoskopievorrichtung 300. Wenn
der Steckverbinder 100 der Videosonde mit dem Steckverbinder
der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden ist, liegt
die Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders 300 der
Videosonde an der Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders
der Videoendoskopievorrichtung 300. Ferner ist der Kontakt 122 des
Steckverbinders 100 über den in 6 nur angedeutete
Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300 und einen
der Leiter 322 mit der Kamerasteuerung 320 verbunden.
-
Der
Kontakt 318 bildet einen mechanischen Anschlag in axialer
Richtung des Lichtwellenleiters 106 und unterstützt
damit eine präzise Positionierung der Lichtübertrittsfläche 110.
Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Lichtwellenleiter 106 ein SM-Lichtwellenleiter
und/oder das Leuchtmittel 312 ein Laser ist.
-
7 zeigt
eine schematische Darstellung des distalen Endes 340 der
oben bereits anhand der 6 teilweise beschriebenen Videosonde.
Das distale Ende 340, auch als Schnabelstück bezeichnet, umfasst
ein Objektiv 342, einen lichtempfindlichen Chip 344 und
eine Elektronik 346. Die Elektronik 346 ist über
elektrische Leiter 130 mit der Kontaktfläche 108 bzw.
dem Kontakt 122 des Steckverbinders 100 verbunden
und kann über diese, den in 6 nur angedeuteten
Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300, den
Kontakt 318 und die Leiter 322 mit der Kamerasteuerung 320 verbunden
werden. Neben dem Objektiv 342 liegt ein Ende des Lichtwellenleiters 106.
-
Wenn
der Steckverbinder 100, wie in 6 angedeutet,
mit der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden bzw. gekoppelt
ist, kann Licht vom Leuchtmittel 312 von dem Spiegel 314 auf
die Lichtübertrittsfläche 110 fokussiert,
vom Lichtwellenleiter 106 durch die Leitung 200 ans
distale Ende 340 übertragen werden, dort austreten
und ein in den 6 und 7 nicht
dargestelltes Objekt beleuchten. Von dem Objekt reflektiertes, gestreutes
oder beispielsweise aufgrund von Lumineszenz emittiertes Licht kann
vom Objektiv 342 auf den lichtempfindlichen Chip 344 abgebildet
und dort in ein elektrisches Signal gewandelt werden. Das elektrische
Signal kann von der Elektronik 346 verstärkt und/oder
aufbereitet und über die elektrischen Leiter 130,
die Kontaktfläche 108 und den Kontakt 122 des
Steckverbinders 100, den in 6 nicht
dargestellten Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300,
den Kontakt 318 und die Leiter 322 an die Kamerasteuerung 320 übertragen
werden. Durch Aufbereitung der elektrischen Signale kann ein Bild
erzeugt und an der Anzeigeeinrichtung 330 angezeigt werden.
Neben einer Übertragung von elektrischen Signalen von der
Elektronik 346 zur Kamerasteuerung ist auch eine Übertragung
von elektrischer Leistung und Steuersignalen in umgekehrter Richtung
möglich.
-
Die
in 6 dargestellte Leitung 200 und das in
den 6 und 7 dargestellte distale Ende 340 des
Videoendoskopie-Systems kann ferner Arbeits-, Saug- und Spülkanäle
umfassen, die in den 6 und 7 im Sinne
einer übersichtlichen Darstellung nicht gezeigt sind. Anstelle
einer Bogenlampe kann das Leuchtmittel 312 der Videoendoskopievorrichtung 300 beispielsweise
eine Halogenglühlampe oder eine Leuchtdiode umfassen oder
auf einem Laser basieren.
-
8 zeigt
eine schematische Darstellung eines (insbesondere endoskopischen)
Chirurgielaser-Systems mit einer Chirurgielaservorrichtung 400. Die
Chirurgielaservorrichtung 400 umfasst eine Lichtquelle 410 mit
einem Laser 412 und einem Kollimator 414. Die
Lichtquelle umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 8 nur
durch einen Kontakt 418 angedeutet ist und unten mit Bezug
auf 17 näher beschrieben wird. Ferner umfasst
die Chirurgielaservorrichtung 400 eine Sicherheitseinrichtung 420,
die mit der Lichtquelle 410 und über Leiter 422 mit
dem in 8 nur angedeuteten Steckverbinder der Chirurgielaservorrichtung 400 verbunden
ist. Der Kontakt 418 weist eine Öffnung auf und
ist gleichzeitig Ausgangsblende zum Ausblenden von Licht außerhalb eines
durch die Öffnung definierten Querschnitts.
-
Die
bereits erwähnte Lasersonde umfasst einen Steckverbinder 100,
eine Leitung 200 und ein distales Ende 440. Der
Steckverbinder 100 kann wie in 8 angedeutet über
den in 8 nur angedeuteten Steckverbinder mit der Chirurgielaservorrichtung 400 gekoppelt
werden.
-
Der
Kontakt 418 bildet einen mechanischen Anschlag in axialer
Richtung des Lichtwellenleiters 106 und unterstützt
damit eine präzise Positionierung der Lichtübertrittsfläche 110.
Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Lichtwellenleiter 106 ein SM-Lichtwellenleiter
ist.
-
9 zeigt
eine schematische Darstellung des Steckverbinders 100 der
Lasersonde aus 8. Der Steckverbinder 100 unterscheidet
sich von dem oben anhand der 5 dargestellten
Steckverbinder insbesondere durch eine Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 und
ein Kodierelement 434. Die Metallisierung 432 ist
insbesondere mantelförmig, beispielsweise durch Aufdampfen
aufgebracht, und beispielsweise an einer ersten Lötstelle 132 mit der
Metallfassung 104 elektrisch leitfähig verbunden. Das
Kodierelement 434 ist beispielsweise ein Widerstand mit
einem definierten Widerstandswert oder ein anderes elektrisches
oder analoges oder digitales elektronisches Bauelement zur Identifizierung
der Lasersonde und/oder von deren Eigenschaften. Das Kodierelement 434 ist
einerseits über eine zweite Lötstelle 134 mit
dem Mantel 120 und andererseits mit einem elektrischen
Leiter 130 verbunden, die in der Leitung 200 verläuft.
-
10 zeigt
eine schematische Darstellung des bereits in 8 gezeigten
distalen Endes 440 der Lasersonde bzw. des Chirurgielaser-Systems. Das
distale Ende 440 umfasst ein Objektiv 442 und eine
elektrisch leitfähige Verbindung 444 zwischen der
Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 und dem
elektrischen Leiter 130. Das Objektiv 442 ist
so angeordnet, dass es aus einem Ende des Lichtwellenleiters 106 austretendes
Licht auf ein Objekt 490 fokussieren kann. Anstelle eines
einzelnen Lichtwellenleiters kann die Leitung 200 ein nicht-kohärentes, teil-kohärentes
oder kohärentes Bündel von Lichtwellenleitern
umfassen.
-
Die
Sicherheitseinrichtung 420 ist ausgebildet, um die Lichtquelle 410,
insbesondere den Laser 412, nur dann einzuschalten, wenn
ein Sicherheitsstromkreis geschlossen ist, und bei Unterbrechung des
Sicherheitsstromkreises auszuschalten. Der Sicherheitsstromkreis
führt von der Sicherheitseinrichtung 420 über
einen der beiden Leiter 422, den in 8 nur angedeuteten
Steckverbinder, die Kontaktfläche 180 des Steckverbinders 100,
die erste Lötstelle 132, die Metallisierung 432 auf
dem Lichtwellenleiter 106, die leitfähige Verbindung 444 am
distalen Ende 440, den elektrische Leiter 130,
das Kodierelement 434, die zweite Lötstelle 134,
den Mantel 120, die das Gewinde bzw. die Kontaktfläche 124, den
in 8 nur angedeuteten Steckverbinder der Chirurgielaservorrichtung 400 und
den zweiten Leiter 422 zurück zur Sicherheitseinrichtung 420.
Da die Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 erst
am distalen Ende 440 mit dem Leiter 130 verbunden
ist, kann die Sicherheitseinrichtung 420 neben einer Trennung
des Steckverbinders 100 der Lasersonde von der Chirurgielaservorrichtung 400 auch
jeden Bruch des Lichtwellenleiters 106 in der Leitung 200 erkennen
und den Laser 412 ausschalten.
-
Wenn
der Steckverbinder 100 der Lasersonde mit der Chirurgielaservorrichtung 400 gekoppelt ist,
fokussiert der Kollimator 414 Licht des Lasers 412 auf
die Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 in
der Öffnung des Kontakts 418. Der Kontakt 418 wirkt
gleichzeitig als Austrittsblende zur Ausblendung von Licht außerhalb
des durch die Öffnung definierten Querschnitts. Der Teilbereich
der Ebene, in welche der Kollimator 414 das Licht des Lasers 412 fokussiert,
innerhalb der Öffnung des Kontakts 418 ist die
Lichtübertrittsfläche des in 8 nur
angedeuteten Steckverbinders der Chirurgielaservorrichtung 400.
Vom Laser 412 emittiertes, vom Kollimator 414 fokussiertes,
vom Lichtwellenleiter 106 übertragenes und vom
Objektiv 442 auf das Objekt 490 fokussiertes Licht
ist in Bezug auf Wellenlänge, Leistung und auf dem Objekt 490 erzielter
Intensität auf die Leistungsfähigkeit des Lichtwellenleiters 106,
Eigenschaften des Objektivs 442 und das Objekt 490 abgestimmt,
um das Objekt 490 zu bearbeiten. Beispiele sind eine thermische
Behandlung eines Tumors, eine Koagulation von Gewebe oder eine Zertrümmerung eines
Steins. Die Sicherheitseinrichtung 420 kann beispielsweise
anhand des durch das Kodierelement 434 eingestellten Widerstands
oder einer anderen Eigenschaft des Kodierelements 434 die
Eigenschaften der Lasersonde, insbesondere des Lichtwellenleiters 106 und
des Objektivs 442 erkennen und die Leistung des Lasers 412 dazu
passend einstellen.
-
Auch
bei dem oben anhand der 6 und 7 beschriebenen
Videoendoskopie-System kann eine ähnliche Sicherheitseinrichtung
vorgesehen sein, welche die Lichtquelle 310 ausschaltet
bzw. nicht einschaltet, wenn kein Steckverbinder 100 einer intakten
Videosonde mit der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden
ist.
-
11 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fibroskop-Systems mit einer
Fibroskopvorrichtung 500. Die Fibroskopvorrichtung 500 umfasst
eine Kamera 510 mit einer lichtempfindlichen Fläche 512 und
einem Objektiv 514. Die Kamera 510 umfasst ferner
einen Steckverbinder, der in 11 nur
durch einen Kontakt 518 angedeutet ist und unten mit Bezug
auf 17 näher beschrieben wird. Der Kontakt 518 weist
eine Öffnung auf und ist gleichzeitig Ausgangsblende zum
Ausblenden von Licht außerhalb eines durch die Öffnung
definierten Querschnitts. Die lichtempfindliche Fläche 512 der
Kamera 510 ist in einer Bildebene des Objektivs 514 angeordnet.
Der Teilbereich der zugehörigen Gegenstandsebene innerhalb
der Öffnung des Kontakts 518 ist die Lichtübertrittsfläche
des in 11 nur angedeuteten Steckverbinders
der Fibroskopvorrichtung 500.
-
Ferner
umfasst die Fibroskopvorrichtung 500 eine Leistungsversorgung 520 für
eine unten mit Bezug auf 12 beschriebene
Leuchtdiode. Die Leistungsvorsorgung 520 ist über
Leiter 522 mit dem Kontakt 518 und dem in 11 nur
angedeuteten Steckverbinder der Fibroskopvorrichtung 500 verbunden
und kann über diesen mit einem Steckverbinder 100 einer
Fibroskopsonde gekoppelt werden. Die bereits erwähnte Fibroskopsonde
umfasst den Steckverbinder 100 an einem Ende einer Leitung 200 und
ein distales Ende 540 am anderen Ende der Leitung 200.
Eine optionale in der Leitung 200 angeordnete Lichtquelle 550 wird
unten mit Bezug auf 13 beschrieben. Die nachfolgende
Beschreibung bezieht sich zunächst nur auf eine Fibroskopvorrichtung 500 ohne
die optionale Lichtquelle 550.
-
12 zeigt
eine schematische Darstellung des distalen Endes 540 der
in 11 gezeigten Fibroskopsonde bzw. des Fibroskop-Systems.
Das distale Ende 540 umfasst ein Ende eines kohärenten Bündels
von Lichtwellenleitern 106, das sich durch die Leitung 200 von
dem Steckverbinder 100 bis zum distalen Ende 540 erstreckt.
Ferner umfasst das distale Ende 540 ein Objektiv 542 und
eine Leuchtdiode 544. Das Objektiv 542 ist ausgebildet
und angeordnet, um Licht auf das Ende des Bündels von Lichtwellenleitern 106 zu
fokussieren. Die Leuchtdiode 544 ist mit den elektrischen
Leiter 130 verbunden.
-
Wenn
die Fibroskopsonde, insbesondere deren Steckverbinder 100, über
den in 11 nur angedeuteten Steckverbinder
der Fibroskopvorrichtung 500 mit dieser gekoppelt ist,
kann die Leuchtdiode 544 über die elektrischen
Leiter 522, den in 11 nur
angedeuteten Steckverbinder der Fibroskopvorrichtung 500,
die Kontaktfläche 108, den Kontakt 122,
die Lötstellen 132, 134 und die elektrischen
Leiter 130 mit elektrischer Leistung versorgen. Von der Leuchtdiode 544 emittiertes
Licht kann auf ein Objekt 590 fallen. Von dem Objekt 590 reflektiertes,
gestreutes oder beispielsweise aufgrund von Lumineszenz emittiertes
Licht kann vom Objektiv 542 auf das Ende des Bündels
von Lichtwellenleitern 106 fokussiert, vom Lichtwellenleiter 106 zur
Kamera 510 übertragen und dort durch das Objektiv 514 auf
die lichtempfindliche Fläche 512 fokussiert werden.
Ein Bild des Objekts 590 kann so von der Kamera 510 erfasst, aufbereitet
und mittels der Anzeigeeinrichtung 530 angezeigt werden.
-
Wiederum
sind Arbeits-, Saug- und Spülkanäle und andere
Elemente im Sinne einer übersichtlichen Darstellung in
den 11 und 12 nicht gezeigt.
Anstelle der Leuchtdiode 544 kann beispielsweise eine Laserdiode
oder eine andere Lichtquelle vorgesehen sein. Ferner kann mittels
eines weiteren Lichtwellenleiters in der Leitung 200 Licht von
einer Lichtquelle in der Fibroskopvorrichtung 500 zum distalen
Ende 540 übertragen werden, um das Objekt 590 zu
beleuchten. Insbesondere bei Verwendung von Laserlicht zur Beleuchtung
aus einem proximal oder distal angeordneten Laser sind auch Speckleinterferometrische
oder fluoreszenzabbildende Untersuchungen möglich.
-
13 zeigt
eine schematische Darstellung der bereits oben mit Bezug auf 11 erwähnten
optionalen Lichtquelle 550. Die Lichtquelle 550 ist
mit einem eigenen Gehäuse in der Leitung 200 zwischen dem
Steckverbinder 100 und dem distalen Ende 540 angeordnet,
beispielsweise nahe dem Steckverbinder 100. Alternativ
kann die Lichtquelle 550 abweichend von der Darstellung
in den 11 und 13 beispielsweise
in den Steckverbinder 100 integriert bzw. mit diesem in
einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
-
Die
Lichtquelle 550 umfasst eine oder mehrere Leuchtdioden 552.
Jeder der Leuchtdioden 552 sind ein Objektiv 554 und
ein weiterer Lichtwellenleiter 556 zugeordnet. Die Leuchtdiode 552,
Objektiv 554 und ein Ende des weiteren Lichtwellenleiters 556 sind
jeweils wo angeordnet, dass von der Leuchtdiode 552 erzeugtes
Licht in den weiteren Lichtwellenleiter 556 eingekoppelt
wird. Eine Kontrollelektronik oder Steuerung 558 ist mit
den Leitern 130 sowie mit der oder den Leuchtdioden 552 verbunden,
um beispielsweise Spannung, Strom, elektrische Leistung, Temperatur,
und/oder Lichtleistung der Leuchtdioden zu steuern, zu regeln und/oder
zu überwachen.
-
Der
oder die weiteren Lichtwellenleiter 556 erstrecken sich
von der Lichtquelle 550 zum distalen Ende der Fibroskopsonde
bzw. des Fibroskop-Systems. Dieses distale Ende unterscheidet sich
von dem oben anhand der 12 dargestellten
distalen Ende 540 dadurch, dass anstelle der Leuchtdiode 544 oder
zusätzlich zu ihr das bzw. die Enden des bzw. der weiteren
Lichtwellenleiter 556 zur Beleuchtung des Objekts 590 vorgesehen
sind. Dazu sind beispielsweise bei dem bzw. den Enden der Lichtwellenleiter 556 im
distalen Ende 540 Objektive angeordnet. Ferner können
im distalen Ende 540 Fluoreszenzkörper zur Erzeugung
von Licht, das sich von dem von der oder den Leuchtdioden erzeugten
Licht unterscheidet, vorgesehen sein, beispielsweise nach dem als „Micro-White” bekannten
Konzept.
-
Wenn
die Lichtquelle 550 mehrere Leuchtdioden 552 aufweist,
können diese Leuchtdioden zur Emission von Licht unterschiedlicher
Wellenlänge bzw. unterschiedlicher spektraler Eigenschaften
ausgebildet sein. Jede einzelne Leichtdiode 552 emittiert beispielsweise
Licht im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich.
Damit kann das Objekt 590 mit einem an das Objekt 590 und/oder
ein Medium zwischen dem distalen Ende 540 und dem Objekt 590 angepassten
Spektrum beleuchtet werden. Alternativ zu den Leuchtdioden 552 kann
die Lichtquelle 550 andere Leuchtmittel umfassen, beispielsweise Laserdioden
oder Halogenlampen.
-
Abweichend
von den obigen Darstellungen anhand der 5 bis 13 können
bei den dort beschriebenen Beispielen einer der beiden Leiter 130 oder
beide Leiter 130 als Drahtspirale, Geflecht oder Folienschlauch
aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material
und/oder in Form einer elektrisch leitfähigen Verstärkung
oder Armierung für den Lichtwellenleiter 106 ausgebildet
sein. Der oder die so ausgebildeten Leiter 130 können
dabei innerhalb des Mantels 202 um den Lichtwellenleiter 106 angeordnet
oder in den Mantel 202 integriert sein. Durch eine oder
mehrere elektrisch isolierende Schichten kann eine elektrische Isolation
vorgesehen sein. Wenn einer der Leiter 130 den anderen
Leiter 130 koaxial oder im Wesentlichen koaxial mantelförmig
umgibt, kann er gleichzeitig die Wirkung einer Schirmung gegen eine
Einkopplung von Störsignalen aufweisen.
-
14 zeigt
ein faseroptisches Sensorsystem mit einer Sensorvorrichtung 600.
Die Sensorvorrichtung 600 umfasst eine Detektionseinrichtung 610 mit
einer Lichtquelle 612, insbesondere einem Laser, einem
ersten Detektor 614, einem Strahlteiler 615, einem
zweiten Detektor 616 und einem Kollimator 617. Die
Detektionseinrichtung 610 umfasst ferner einen Steckverbinder,
der in 14 nur durch einen Kontakt 618 angedeutet
ist und unten mit Bezug auf 17 näher
beschrieben wird. Der Kontakt 618 ist als Blende mit einer Öffnung
zum Ausblenden von Licht außerhalb eines durch die Öffnung
definierten Querschnitts ausgebildet. Der Teilbereich der Ebene, in
welche der Kollimator 617 das Licht der Lichtquelle 612 fokussiert,
innerhalb der Öffnung des Kontakts 618 ist die
Lichtübertrittsfläche des in 14 nur
angedeuteten Steckverbinders der Sensorvorrichtung 600.
-
Der
erste Detektor 614 ist zur Erfassung der von der Lichtquelle 612 abgegebenen
Intensität oder Leistung ausgebildet. Der zweite Sensor 616 ist
zur Erfassung von Licht aus Richtung der Öffnung des Kontakts 618 ausgebildet.
-
Ferner
umfasst die Sensorvorrichtung 600 eine Auswerteeinrichtung 620,
die mit der Detektionseinrichtung 610 gekoppelt ist. Die
Auswerteeinrichtung 620 ist ferner über Leiter 622 mit
dem in 14 nur angedeuteten Steckverbinder
der Sensorvorrichtung 600 verbunden. In 14 ist
ferner eine faseroptische Sensorsonde mit einem Steckverbinder 100,
einer Leitung 200 und einem distalen Ende 640 dargestellt.
-
15 zeigt
eine schematische Darstellung des Steckverbinders 100 der
in 14 gezeigten faseroptischen Sensorsonde. Der Steckverbinder 100 unterscheidet
sich von den oben anhand der 5 und 9 dargestellten
Steckverbindern dadurch, dass ein Kodierelement 634 die
erste Lötstelle 132 und die zweite Lötstelle 134 verbindet.
Das Kodierelement kann ähnlich wie bei dem oben anhand
der 8 bis 10 dargestellten Beispiel ein
elektrischer Widerstand mit einem definierten Widerstandswert oder
ein anderes elektrisches oder analoges oder digitales elektronisches
Bauelement sein.
-
16 zeigt
eine schematische Darstellung des auch in 14 gezeigten
distalen Endes 640 der faseroptischen Sensorsonde. Das
distale Ende 640 umfasst ein Objektiv 642 und ein
Sensormedium 644. Das Objektiv 642 fokussiert
aus dem Ende des Lichtwellenleiters 106 austretendes Licht
auf das Sensormedium 644. Ferner fokussiert das Objektiv 642 vom Sensormedium 644 gestreutes,
reflektiertes oder aufgrund von Lumineszenz oder aus anderen Gründen
vom Sensormedium 644 emittiertes Licht auf das Ende des
Lichtwellenleiters 106.
-
Die
Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, um zu erfassen, ob der Stromkreis über
einen ersten Leiter 622, den in 14 nur
angedeuteten Steckverbinder der Sensorvorrichtung 600,
die Kontaktfläche 108, die erste Lötstelle 132,
das Kodierelement 634, die zweite Lötstelle 134,
den Mantel 120, die Kontaktfläche 124,
den in 14 nicht dargestellten Steckverbinder
der Sensorvorrichtung 600 und den zweiten Leiter 622 geschlossen
ist und über diesen Stromkreis in dem Kodierelement 634 kodierte
Information auszulesen. Die ausgelesene Information beschreibt Eigenschaften
der faseroptischen Sensorsonde, insbesondere des Sensormediums 644.
-
Wenn
die faseroptische Sensorsonde mit der Sensorvorrichtung 600 gekoppelt
ist, aktiviert die Auswerteeinrichtung 620 die Lichtquelle 612.
Ein Teil des Lichts der Lichtquelle 612 wird vom Strahlteiler 615 auf
den ersten Detektor 614 geworfen, um einen Referenzwert
für die von der Lichtquelle 612 ausgehende Intensität
oder den von ihr ausgehenden Lichtfluss zu erhalten. Ein anderer
Teil des von der Lichtquelle 612 ausgehenden Lichts tritt
durch den Strahlteiler 615 hindurch, wird von dem Kollimator 617 auf
die Öffnung im Kontakt 618 und die Lichtübertrittsfläche 110 des
Steckverbinders 100 fokussiert. Das Licht wird vom Lichtwellenleiter 106 zum distalen
Ende 640 übertragen und vom Objektiv 642 auf
das Sensormedium 644 fokussiert.
-
Das
Sensormedium 644 ändert seine optischen Eigenschaften
abhängig von einer am distalen Ende 640 herrschenden
Umgebungsbedingung, beispielsweise Temperatur, Druck, pH-Wert oder
Innenkonzentrationen. Beispielsweise ist das Sensormedium 644 eine
dünne Membran an einem evakuierten oder mit einem Gas gefüllten
Hohlraum, die sich vom Umgebungsdruck abhängig verformt.
Zur Temperaturmessung kann das Sensormedium einen temperaturabhängigen
Brechungsindex und/oder einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aufweisen, so dass der optische Pfad im Sensormedium sich abhängig
von der Temperatur ändert. Für einen chemischen
Sensor wird ein Sensormedium verwendet, das beispielsweise eine
(selektive) Permeabilität aufweist und abhängig
vom Analyt oder einer Konzentration eines vorbestimmten Stoffs im
Analyt sein Absorptions-, Fluoreszenz- oder anderes Emissionsverhalten ändert.
-
Vom
Sensormedium 644 reflektiertes, gestreutes oder emittiertes
Licht wird vom Objektiv 642 auf das Ende des Lichtwellenleiters 640 fokussiert, vom
Lichtwellenleiter 106 zur Lichtübertrittsfläche 110 übertragen
und tritt dort aus. Das an der Lichtübertrittsfläche 110 austretende
Licht wird vom Kollimator 617 kollimiert und vom Strahlteiler 615 teilweise
auf den zweiten Detektor 616 geworfen. Die Auswerteeinrichtung
berechnet aufgrund der Messwerte des ersten Detektors 614 und
des zweiten Detektors 616 sowie der im Kodierelement 634 kodierten
Information über das Sensormedium 644 und die
faseroptische Sensorsonde, einen Wert der Umgebungsbedingung, von
der die optische Eigenschaft des Sensormedium 644 abhängt.
-
Alternativ
zu dem oben anhand der 14 dargestellten Aufbau der
Detektionseinrichtung 610 kann diese anstelle des ersten
Detektors 614 einen Spiegel enthalten. Die Detektionseinrichtung 610 umfasst
in diesem Fall ein Michelson-Interferometer, mit dem eine Verformung
des Sensormediums 644 oder eine Änderung des Brechungsindex
des Sensormediums 644 hochempfindlich erfasst werden kann.
Dazu erzeugt die Lichtquelle 612 kohärentes Licht,
das durch den Strahlteiler 615 in einen Referenzstrahl
und einen Messstrahl aufgeteilt wird. Der Referenzstrahl wird durch
den anstelle des Detektors 614 vorgesehenen Spiegel reflektiert
und fällt auf den Detektor 616. Der Messstrahl
wird über den Lichtwellenleiter 106 auf das Sensormedium 644 gerichtet. Der
am Sensormedium 644 reflektierte oder gestreute Messstrahl
wird vom Strahlteiler 615 auf den Detektor 616 gelenkt.
Am Detektor 616 interferieren der Messstrahl und der Referenzstrahl.
Die vom Detektor 616 erfasste Intensität ist eine
Funktion der Phasendifferenz des Messstrahls und des Referenzstrahls.
-
17 zeigt
eine schematische Darstellung eines Steckverbinders 700,
wie er beispielsweise in den oben mit Bezug auf die 6 bis 16 dargestellten
Vorrichtungen bzw. Systemen verwendbar ist. Der Steckverbinder 700 umfasst
eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche 708 mit
einer Öffnung. Ein Bereich der durch die Kontaktfläche 708 definierten
Ebene innerhalb der Öffnung bildet eine Lichtübertrittsfläche 710 des
Steckverbinders 700. Die Kontaktfläche 708 ist
an einem Kontakt 718 angeordnet, der gleichzeitig als Blende
zum Ausblenden von Licht außerhalb der Lichtübertrittsfläche 710 wirkt.
-
Ferner
umfasst der Steckverbinder 700 eine Führung 742 mit
einem Gewinde 744 und einem Flansch 750, die einstückig
ausgebildet sein können und über einen Isolator 760 mit
dem Kontakt 718 verbunden sind. Der Isolator umfasst beispielsweise
Keramik, Glas oder ein kristallines Material und kann an den Fügeflächen
metallisiert sein. Der Flansch kann Löcher für
eine Befestigung an einem Gehäuse oder einer anderen Einrichtung
mittels Schrauben aufweisen. Am Kontakt 718 ist eine erste
Lötstelle 732 angeordnet, am Flansch 750 bzw.
an der Führung 742 ist eine zweite Lötstelle 734 angeordnet.
Diese Lötstellen können beispielsweise mit den
Leiter 322, 422, 522, 622 der
oben anhand der 6 bis 16 dargestellten
Ausführungsbeispiele verbunden sein.
-
Der
Steckverbinder 700 ist ausgebildet, um mit einem der oben
anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten
Steckverbinder 100 gekoppelt zu werden. Dabei liegt die
Kontaktfläche 108 des Steckverbinders 100 an
der Kontaktfläche 708 des Steckverbinders 700 an,
das Gewinde 124 des Steckverbinders 100 greift
in das Gewinde 744 des Steckverbinders 700 ein
und die Lichtübertrittsfläche 110 des
Steckverbinders 100 ist an der Lichtübertrittsfläche 710 des
Steckverbinders 700 angeordnet. Damit sind der Steckverbinder 100 und
der Steckverbinder 700, insbesondere deren Kontaktflächen 108, 708 elektrisch
gekoppelt bzw. elektrisch leitfähig verbunden, und die
Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 fällt
mit der Lichtübertrittsfläche 710 des
Steckverbinders 700 zusammen, so dass auch eine optische
Kopplung vorliegt.
-
18 zeigt
eine schematische Darstellung einer Leitung 200 zum Übertragen
zumindest entweder eines elektrischen Signals oder elektrischer
Leistung und zum Übertragen von Licht zwischen zwei Enden
der Leitung. An beiden Enden der Leitung 200 sind gleiche
oder voneinander verschiedene Steckverbinder, wie sie oben anhand
der 1 bis 5, 9 und 15 beschrieben
wurden, angeordnet. Bei Verwendung von Steckverbindern, wie sie
oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 beschrieben
wurden, können die Enden der Leitung 200 bei vielen
Anwendungen folgenlos vertauscht werden, da es keine Unterscheidung
nach männlichen und weiblichen Steckverbindern gibt. Ferner
können für viele Anwendungen mehrere Leitungen 200 problemlos
in Serie mit einander verbunden werden. Dazu wird beispielsweise
jeweils eine Kupplungseinrichtung 140 verwendet, wie sie
oben anhand der 3 dargestellt wurde.
-
Die 19 und 20 zeigen
je eine schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier miteinander
gekoppelter Steckverbinder ähnlich den oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten
Steckverbindern. Jeder Steckverbinder weist konzentrisch eine Ferrule 102,
eine Metallfassung 104 und einen Lichtwellenleiter 106 auf.
Die Ferrulen 102 der beiden miteinander gekoppelten Steckverbinder
sind jeweils durch eine Führung 142 gegeneinander
ausgerichtet. Ferner weist jeder Steckverbinder einen Kollimator
in Form einer Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse) 192 auf.
Diese Kollimatoren sind zwischen den Lichtwellenleitern 106 und
Lichtübertrittsflächen 110 angeordnet.
Die Verwendung von Kollimatoren 192 eignet sich insbesondere
zur Verringerung der Strahlungsintensität von mittels des
Lichtwellenleiters 106 übertragener Laserstrahlung
und damit zur Verhinderung von thermisch bedingten Oberflächendefekten.
-
Bei
dem in 19 dargestellten Beispiel sind Kontaktflächen 108 an
den Metallfassungen 104 und Lichtübertrittsflächen 110 jeweils
in einer Ebene angeordnet oder durch Hertz'sche Pressung mit einer ausreichenden
Kraft soweit verformt, dass sie vollflächig aneinander
anliegen. Bei dem in 20 dargestellten Beispiel liegen
Kontaktfläche 108 und Lichtübertrittsfläche 110 eines
Steckverbinders in einer konkaven Fläche. Die Kontaktflächen 108 werden nur
so fest aneinandergepresst, dass die konkaven Flächen nicht
wesentlich verformt werden. Die Lichtübertrittsflächen 110 berühren
einander deshalb nicht. Eine Beschädigung der Lichtübertrittsflächen 110 bei
einer Rotation der Steckverbinder gegeneinander durch Verkratzen
ist deutlich unwahrscheinlicher als bei dem in 19 dargestellten
Beispiel. Die Lichtübertrittsflächen 110 des
in 20 dargestellten Beispiels sind vorteilhaft antireflexbeschichtet.
Eine konkave Ausgestaltung der Lichtübertrittsflächen 110,
wie sie in 20 gezeigt ist, ist auch bei
kohärenten und nicht kohärenten Faserbündeln
vorteilhaft.
-
Die 21 und 22 zeigen
jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine
Ferrule 102, eine Metallfassung 104 und ein in der
Metallfassung angeordnetes Faserbündel. Die dargestellte
Schnittebene liegt dabei in unmittelbarer Nähe der Lichtübertrittsfläche
und der Kontaktfläche. Eine Draufsicht auf die Lichtübertrittsfläche
und die Kontaktfläche eines Steckverbinders kann ebenfalls der
Darstellung in 21 bzw. 22 entsprechen. Das
Faserbündel umfasst jeweils koaxial ein inneres Bündel 802 und
ein äußeres Bündel 804.
-
In
dem Faserbündel ist jeweils ein Septum 800 angeordnet.
Das Septum weist beispielsweise Kupfer, Aluminium oder ein anderes
Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf,
um durch Absorption von Licht im Inneren des Faserbündels
deponierte Wärme nach außen abzuleiten. Bei dem
in 21 gezeigten Beispiel ist das Septum einteilig
und im Wesentlichen eben parallel zu einem Durchmesser des Faserbündels.
Bei dem in 22 dargestellten Beispiel ist
das Septum mehrteilig und im Querschnitt sternförmig. Ferner
ist bei dem in 22 dargestellten Beispiel in
der Mitte des Faserbündels eine Faserfassung 806 angeordnet,
die eine Einzelfaser in Form eines SM- oder MM-Lichtwellenleiters 106 (SM =
Single Mode; MM = Multimode) hält. Die Faserfassung 806 kann
mit den Teilen des Septums beispielsweise durch Löten oder
Laserschweißen verbunden sein. Die in 22 dargestellte
Abwinkelung der radial äußeren Enden des Septums
verbessert die Wärmeabgabe und durch Federwirkung die Zentrierung
des Septums.
-
Kohärente,
teilkohärente oder nicht-kohärente Bündel
von Lichtwellenleitern, wie sie in den 21 und 22 gezeigt
sind, sind mit den oben dargestellten Steckverbindern verwendbar.
Sie eignen sich beispielsweise zur Übertragung von Licht von
Halogen-Glühlampen, Xenonlampen, Metall-Halid-Bogenentladungslampen
oder von Laser und können bei den oben anhand der 6 bis 16 dargestellten
Beispielen verwendet werden.
-
Außer
bei den oben anhand der 6 bis 16 dargestellten
Beispielen können die oben dargestellten Steckverbinder
auch bei Endoskopen mit laserinduzierter fasergepumpter Fluoreszenzbeleuchtung
(auch als MicroWhite-Beleuchtung bezeichnet), bei der Übertragung
von Licht von einem Superkontinuum-Weißlichtlaser zu einem
Endoskop, bei der Übertragung von (insbesondere blauem
oder ultraviolettem) Licht für eine (insbesondere endoskopische)
Photodynamische Diagnose (PDD), bei der Übertragung von
Licht für eine Photodynamische Therapie (PDT) und bei der Übertragung
von Licht zu Endoskopen oder Messsonden aller Art verwendet werden.
Dabei gewährleisten die beschriebenen Eigenschaften der
Steckverbinder, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung
zwischen Kontaktflächen 108, 708 unterbrochen
wird bevor eine optische Kopplung zwischen Lichtübertrittsflächen
unterbrochen wird. Bei Unterbrechung der elektrisch leitfähigen
Verbindung zwischen den Kontaktflächen können
eine Lichtquelle ausgeschaltet und/oder ein Warnsignal erzeugt werden.
Das Risiko von Schäden oder Verletzungen durch austretendes
Licht, insbesondere Laserlicht, wird dadurch deutlich gemindert.
Gleichzeitig können gegebenenfalls trotz einer im Wesentlichen
freien Verdrehbarkeit der Steckverbindung zuverlässig elektrische
Leistung, Steuer- oder Datensignale oder Kodierinformation übertragen
werden. So übertragene elektrische Leistung dient beispielsweise
der Heizung von Ein- oder Austrittsfenstern zur Vermeidung eines
Beschlagens.
-
Bei
allen oben dargestellten Ausführungsformen können
die Lichtübertrittsflächen 110 mit Antireflex-Beschichtungen
und/oder mit einer wärmeleitenden transparenten Schicht (beispielsweise
Diamant) versehen sein. Reflexe an der Lichtübertrittsfläche können
auch durch Strukturieren einer solchen Schicht vermindert werden.
-
Alle
oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten
Steckverbinder können ferner Temperaturfühler
enthalten, die über die Kontaktfläche 108 und
die Kontaktfläche 124 am Mantel 120 kontaktiert
werden. Wenn die Temperatur des Steckverbinders eine vorbestimmte
Schwelle überschreitet, kann eine Sicherungseinrichtung
die Leistung einer Lichtquelle reduzieren oder ausschalten. Im einfachsten
Fall ist der Temperaturfühler eine Thermosicherung.
-
Außer
zu der oben beschriebenen Übertragung von Kodierinformation,
zur Bildung eines Sicherheitsstromkreises, zur Übertragung
von Steuer- oder Bildsignalen können die Kontaktfläche 108,
der Kontakt 122 und die Leiter 130 auch zur Übertragung von
elektrischer Heizleistung, von Kennlinien-Daten, einer Seriennummer,
einer Gebrauchsdauer, der Anzahl der bereits ausgeführten
Autoklavierungszyklen, dem Zeitpunkt der letzten Autoklavierung,
oder zur Speisung von Sensoren, Kameras oder Zusatzlichtquellen
verwendet werden, beispielsweise zur Anregung bei spektroskopischen
Analysen.
-
Wie
bereits erwähnt kann ein Steckverbinder 100 ein
Kodierelement 434, 634 umfassen. Das Kodierelement
kann ein Widerstand oder ein anderes elektrisches oder elektronisches
Bauelement sein, beispielsweise ein Speicherchip. Eine Validierung
einer korrekten Steckverbindung kann beim Abfragen von Kodierinformation,
beispielsweise von Information in einem Speicherchip erfolgen. Dabei
wird nicht nur das Vorliegen einer ordnungsgemäßen
elektrischen und optischen Kopplung geprüft. Gleichzeitig kann
festgestellt werden, ob die mit einander über die Steckverbindung
verbundenen Einrichtungen kompatibel sind. Eine Kodierung von Steckverbindern
für verschiedene Zwecke oder Anwendungen durch Farbe, Form,
Größe, Haptik, Gestaltung der mechanischen Kupplung
ist somit durch eine elektrische und automatisch abfragbare Kodierung
ergänzbar. Wenn kein Verdrehen von Steckverbinder und Gegensteckverbinder
gegeneinander vorgesehen ist, ist auch eine Kodierung über
Nocken, Nasen oder Nuten möglich.
-
- 100
- Steckverbinder
- 102
- Ferrule
- 104
- Metallfassung
- 106
- Lichtwellenleiter
- 108
- Kontaktfläche
des Steckverbinders 100
- 110
- Lichtübertrittsfläche
des Steckverbinders 100
- 120
- Mantel
des Steckverbinders 100
- 122
- Kontakt
- 124
- Kontaktfläche
bzw. Gewinde
- 130
- elektrische
Leitung
- 132
- erste
Lötstelle
- 134
- zweite
Lötstelle
- 140
- Kupplungseinrichtung
- 142
- Führung
- 144
- Kontaktfläche
bzw. Gewinde
- 152
- Tellerfeder
- 154
- Dichtungselement
- 156
- Knickschutztülle
- 192
- Kollimator
- 200
- Leitung
- 202
- Mantel
der Leitung 60
- 300
- Videoendoskopievorrichtung
- 310
- Lichtquelle
- 312
- Leuchtmittel
- 314
- Spiegel
- 318
- Kontakt
- 320
- Kamerasteuerung
- 322
- Leitung
zur Kamerasteuerung
- 330
- Anzeigeeinrichtung
- 340
- distales
Ende (Schnabelstück)
- 342
- Objektiv
- 344
- lichtempfindlicher
Chip
- 346
- Elektronik
- 400
- Chirurgielaservorrichtung
- 410
- Lichtquelle
- 412
- Laser
- 414
- Kollimator
- 418
- Kontakt
- 420
- Sicherheitseinrichtung
- 422
- Leitung
zur Sicherheitseinrichtung
- 432
- Metallisierung
- 434
- Kodierelement
- 440
- distales
Ende
- 442
- Objektiv
- 444
- leitfähige
Verbindung
- 490
- Objekt
- 500
- Fibroskopvorrichtung
- 510
- Kamera
- 512
- lichtempfindliche
Fläche der Kamera 510
- 514
- Objektiv
- 518
- Kontakt
- 520
- Leistungsversorgung
- 522
- Leitung
zur Leistungsversorgung
- 530
- Anzeigeeinrichtung
- 540
- distales
Ende
- 542
- Objektiv
- 544
- Leuchtdiode
- 550
- Lichtquelle
- 552
- Leuchtdiode
- 554
- Objektiv
- 556
- weiterer
Lichtwellenleiter
- 558
- Steuerung
- 590
- Objekt
- 600
- Sensorvorrichtung
- 610
- Detektionseinrichtung
- 612
- Lichtquelle
- 614
- erster
Detektor
- 616
- zweiter
Detektor
- 618
- Kontakt
- 620
- Auswerteeinrichtung
- 622
- Leitung
zur Auswerteeinrichtung
- 634
- Kodierelement
- 640
- distales
Ende
- 642
- Objektiv
- 644
- Sensormedium
- 700
- Steckverbinder
- 708
- Kontaktfläche
des Steckverbinders 700
- 710
- Lichtübertrittsfläche
des Steckverbinders 700
- 718
- Kontakt
- 732
- erste
Lötstelle
- 734
- zweite
Lötstelle
- 742
- Führung
- 744
- Gewinde
- 750
- Flansch
- 760
- Isolator
- 800
- Septum
- 802
- inneres
Bündel
- 804
- äußeres
Bündel
- 806
- innere
Faserfassung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4606603 [0003]
- - US 4616900 [0003]
- - US 4666242 [0003]
- - US 5085492 [0003]
- - US 5672079 [0003]
- - US 5850496 [0003]
- - WO 00/08502 [0003]
- - US 6533466 B1 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-