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Die vorliegende- Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Glasfaser-Lichtleiters mit mindestens einem spaltförinigen Ende.
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Bei optischen Messungen tritt häufig die Notwendigkeit auf, die Querschnittsform
eines Strahlenbündels zu verändern. So muß man beispielsweise bei gewissen astronomischen
Messungen das von einem Teleskop entworfene kreisförmige Bild (Beugtingsscheibchen)
eines Sternes auf einen näherungsweise linienförmigen Eintrittsspalt eines Spektrographen
abbilden. Ferner ist es bei Untersuchungen des Linienprofils von Spektrallinien
erforderlich, sehr nahe beieinander liegende streifenförinige Bereiche der Spektrallinie
auf flächige Bereiche von photoempfindlichen Vorrichtungen, z.B. Photovervielfachem,
abzubilden.
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Es ist bekannt, für solche Abbildungen Faseroptik-Leiter zu verwenden,
da diese eine Querschnittsveränderung des Strahlenbündels mit relativ geringen Verlusten
ermöglichen (siehe z. B. »Technische Rundschau« Nr. 32, 27. 7. 1962, S. 2
bis 5).
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In den »Proceedings on the 5. International Conference on Jonisation
Phenomena in Cases«, Munich 1961, S. 1913 bis 1918, ist auch bereits
ein Glasfaser-Lichtleiter beschrieben, der --in spaltförmiges Ende aufweist, an
dem die Glasfasern mehrere, in Längsrichtung des spaltförmigen Endes verlaufende,
nahe benachbarte parallele Reihen bilden und- das andere Ende mehrere getrennte
Teilbündel aufweist.
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In der Zeitschrift >Journal of the Society of Motion Picture and Television
Engineer.s«, Bd. 69, Nr. 10,
Oktober 196ü; S. 705 bis
710, ist in Fi g. 1 ein Bündel von urnmantelten Glasfasern dargestellt,
die am einen Ende in eine kurze Maffie -eingeklebt und am anderen Ende aufgefächert
sind. Die Abstände der Glasfaserenden am aufäefächerte>n Ende sind ungleichmäßig,
und die Glasfasern Regen zum Teil übereinandeT# sie bilden also keine einlagige
Reihe von dicht nebeneinander liegenden Glasfasern. Es ist in der Praxis auch nicht
möglich, die Glasfaserenden zu einer solchen einlagigen Reihe zu ordnen, wenn man
sie so auffächert, wie es in F ig. 1 dieser Veröffentlichung dargestellt
ist.
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Zur Herstellung eines Faseroptik-Lichtleiters mit einem kreisförmigen
Ende und einem spaltförmigen Ende ist es bekannt, eine lange Glasfaser einlagig
auf eine Trommel zu wickeln, die Wicklung durch zwei längs des Umfanges der Trommel
nahe benachbarte, in Achsrichtung der Trommel verlaufende Klemmvorrichtungen festzulegen
und die Glasfaserwicklung zwischen diesen Kleinnivorrichtungen zu zertrennen. Die
von der -einen Klerumvorrichtung festgehaltenen Enden bilden dann das spaltförmige
Ende des gewünschten Lichtleiters, während die von der anderen Klemmvorrichtung
gehaltenen Glasfaserenden einzeln durch eine kreisformige Montagevorrichtung geführt
werden, um den gewünschten kreisförmigen Querschnitt am anderen Ende des Lichtleiters
herzustellen (Proc. Sym. Astron. Opties, Manchester (1955),
S. 288
bis 299, insbesondere S. 290, letzter Absatz und S. 291 erster
Absatz).
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Zur Herstellung von bandförmigen. Faseroptik-Lichtleitern ist es aus
der USA.-Patentschrift 3 033 731
bekannt, eine einlagige Wicklung aus einer
langen Glasfaser auf einer zylindrischen Trommel herzustellen und diese Wicklung
dann wenigstens annähernd
parallel zu einer Mantellinie aufzutrennen. Die
Enden mehrerer solcher bandförmiger Faseroptik-Lichtleiter können dann übereinandergelegt
werden, um einen Faseroptik-Lichtleiter mit etwa rechteckigen Enden zu erzeugen.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 354 591 ist ferner eine Vorrichtung
zum Vergrößern eines Fernsehbildes bekannt, die aus einer geordneten, im Querschnitt
etwa rechteckigen Matrix von Glasfaser-Lichtleitern besteht, die an dem einer Fernsehbildröhre
benachbarten Ende kleinere Abstände und an den einer Betrachtungsfläche benachbarten
Enden einen der gewünschten Vergrößerung des Bildes entsprechenden größeren Abstand
haben. Die Enden der einzelnen Lichtleiterstäbe sind in einen Klebstoff eingebettet.
Die Stäbe können außerdem zwischen den Enden abgestützt sein.
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Bei den obenerwähnten bekannten Glasfaser-Lichtleitern besteht eine
vorgegebene Beziehung zwischen der Lage. der jeweiligen Glasfaserenden. Es gibt
jedoch auch Anwendungen, bei denen eine solche vorgegebene Zuordnung der Lage der
Glasfaserenden nicht erforderlich ist, z. B. wenn das Glasfaserbündel zu Beleuchtungszwecken
dient (siehe z. B. Kino-Technik Nr. 5/1963, S. 146, Bild
5). Eine m o»'glichst regellose Anordnung der Glasfasern in einem Bündel
ist auch bei manchen Meßaufgaben erwünscht, um eine möglichst gleichförmige. Ausleuchtung
einer Photokathode u. dgl. zu erzielen.
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Bei der Herstellung eines aus ungeordteten Glasfasem bestehenden Glasfaser-Lichtleiters
mit mindestens einem spaltförmigen. Ende hat man bisher eine Lage einer Glasfaser
auf eine Trommel gewickelt, die Wicklung dann längs emer- Mantellinie. fixiert,
aufgetrennt und dann die nichtfixierten Enden zu einem Bündel kreisförmigen
oder anderen gewünschten Querschnitts. zusammengefaßt. Es ist nämlich nicht möglich,
ein handelsübliches ungeordnetes Glasfaserbündel am einen Ende -einfach so aufzufächem,
daß die Fasem an diesem Ende einlagig dicht nebeneinander liegen, da die Glasfasern
elastisch und im allgemeinen sehr dünn (Durchmesser z. B. 5 [tM) sind. Ein
solches Bündel kann ja auch viele tausende von Glasfasern enthalten.
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Noch größer werden die Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Glasfaser-Lichtleiters,
der am einen Ende mehrere, möglichst nahe beieinander liegende, genau parallele
Reihen von Glasfasern enthalten soll, während das andere, Ende in getrennte Bündel
ausläuft, die jeweils einer Glasfaserreihe am anderen Ende, entsprechen. Man hat
versucht, solche Glasfaser-Lichtleiter durch Aufwickeln von mehreren Lagen von Glasfasern
auf eine Trommel herzustellen. Die erste Lage wird dabei zwar im allgemeinen genügend
gleichmäßig, da sie auf - die glatte Trommelfläche als Unterlage gewickelt
wird. Die nächsten Lagen müssen jedoch auf die vorhergehenden Lagen gewickelt werden,
und es läßt sich auch bei gleichsinnigem Wickeln nir, ganz vermeiden, daß Unregelmäßigkeiten
auftreten, die sich von Lage zu Lage fortpflanzen und vergrößern.
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Die bekannten Verfahren, bei denen mittels einer Wickeimaschine eine
Wicklung aus -einer langen Glasfaser hergestellt werden muß, haben den Nachteil,.
daß Wickelmaschinen, die sich für die Verarbeitung der dünnen und empfindlichen
Glasfaser -eignen, teuer sind. Außerdem sind auch lange, »endlose« Glasfasern wesentlich
teurer als Glasfaser-Bündel mit einer Länge wie, sie etwa der eines üblichen Glasfaser-Lichtleiters
entspricht.
Der vorliegenden Erfindung liegt _dementsprechend die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einesaus ungeordneten Glasfasern
bestehenden Glasfaser-Lichtleiters mit mindestens einem spaltförmigen Ende anzugeben;
das sich einfach durchführen läßt und die oben geschilderten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe, wird gemäß der Erfindungdadurch gelöst, daß ein Ende
eines Bündels ungeordneter Glasfasem auf einer glatten Unterlage durch Auffächern
schrittweise verbreitert und dabei jeweils in Abständen durch Klebstofftropfen festgelegt
wird, bis die Enden der Glasfasern schließlich in einer Reihe nebeneinander liegen,
und daß das Ordnen der Enden der Glasfasern zu der einlagigen Reihe innerhalb' eines
Tropfens von noch nicht au-.gehärtetem viskosem Klebstoff erfolgt.
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Gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird auf die die einlagige
Reihe bildenden Glasfaserenden eine Deckplatte aufgelegt, solange der Klebstoff
noch nicht ausgehärtet ist, und man läßt den Klebstoff dann bei aufgelegter Deckplatte
aushärten.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung dieses Verfahrens wird dann die
Deckplatte nach dem Aushärten des Klebstoffes abgenommen und die dabei freigelegte
Fläche als Unterlage zum Auffächern des Endes eines weiteren Glasfaserbündels, verwendet.
Man erhalt auf diese Weise einen Glasfaser-Lichtleiter mit einem spaltförmigen,
Ende, an dem die Ölasfaserenden mindestens zwei in Längsrichtung dieses spaltförmigen
Endes verlaufende, sehr nahe benachbarte und, genau parallele Reihen bilden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen F i g. 1 bis 3 Darstellungen -eines Endes eines Bündels
ungeordneter Glasfasern während verschiedener Schritte zu Herstellung eines spaltförmigen
Endes eines Glasfaser-Lichtleiters gemäß dem Verfahren nach der Erfindung, F i
g. 4 eine Stimansicht in Richtung der Pfeile IV-IV, nachdem die Glasfaserenden
geordnet worden sind und eine Deckplatte auf die geordneten Enden aufgelegt worden
ist; F i g. 5 eine schematische Darstellung eines fertigen Glasfaser-Lichtleiters,
mit einem gemäß der Erfindung hergestellten spaltförmigen Ende und einem kreisförmigen
Ende, F! g. 6 eine Stirnansicht des spaltförmigen Endes in Richtung der Pfeile
VI-VI, F i g. 7 eine Stirnansicht eines Teiles eines Glasfaser-Lichtleiters
mit einem aus mehreren parallelen Glasfaserreihen bestehenden spaltförmigen Ende
und F i g. 8 eine perspektivische Darstellung des Glasfaser-Lichtleiters,
dessen. eines Ende in F i g. 7 dargestellt ist.
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Bei der Herstellung -eines Glasfaser-Lichtleiters mit einem spaltförinigen.
Ende geht man von einem handelsüblichen Bündel ungeordneter Glasfasem aus. Man entnimmt
diesem Büridel so viele Glasfasern, wie nebeneinander auf der gewünschten Spalthöhe
Platz haben. Dieses abgeteilte Bündel wird vorzugsweise in einen Schutzschlauch
gesteckt.
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Nun wird eine Grundplatte 4 (F i g. 1) vorbereitet. Die Grundplatte
kann aus Glas bestehen und beispielsweise die Abmessungen 100 X
30 X 5 mm haben. Wenn das spaltförmige Ende des Lichtleiters frei
tragend sein soll, wird die Oberseite der Grundplatte 4 mit einer dünnen Schicht
4 a (F i g. 4) aus einem Material überzogen, das ein festes Haften
des zur Verbindung der Glasfasern verwendeten Klebstoffes an der Grundplatte verhindert.
Man verwendet hierfür zwuckmäßigerweise --in leicht lösliches oder bei relativ niederen
Temperaturen, z. B. in der Größenordnung von 100'C, schmelzendes Material,
etwa ein Wachs oder ein Harz oder einen Silicon-Kunststoff. Die Grundplatte kann
beispielsweise aus Glas bestehen, sie. kann eben sein oder, wenn gekrümmte
Spalte herzustellen sind, eine der gewünschten Spältform entsprechende Krümmung
aufweisen.
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Nachdem die Grundplatte, vorbereitet ist, werden einige Zentimeter
des vorbereiteten Faserbündels 1
aus der Umhüllung 2 freigelegt, und das freigelegte
Stück wird in der Nähe, der Umhüllung mittels eines Tropfens 3 eines Allesklebers
auf der Grundplatte 4 bzw. der auf dieser aufgebrachten Wachs- oder Harzschicht
so festgeklebt, daß die freien Enden der Glasfasern auf der Grundplatte liegen (F
i g. 1). Diese freien Enden werden nun etwas aufgefächert und einige Millimeter
vor der ersten Klebestelle 3 mittels eines zweiten Tropfens 5 aus
Alleskleber erneut festgeklebt (F i g. 2). Diese Schritte werden nach Bedarf
wiederholt, bis man in der Nähe der Glasfaserenden eine den gewünschten Ordnungszustand,
nämlich eine dichte, einlagige Reihe von Glasfasern auf der Grundplatte wenigstens
annähernd erreicht hat.
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Dasendgültige Ordnen der Glasfaserenden erfolgt unter Ausnutzung der
Viskosität und Kapillarität des zur Verbindung der Glasfaserenden verwendeten Klebstoffes.
Als Klebstoff eignen sich hierfür vor allem Kunststoffe auf Epoxidharz- oder Polyesterbasis,
es können natürlich auch andere geeignete Stoff e verwendet werden. Je nacb: dem
Verwendungszweck des fertigen Lichtleiters verwendet man einen spröde aushärtenden
Kunststoff oder einen Kunststoff, der nach der Aushärtung noch eine gewisse Elastizität
besitzt.
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Wieg F i g. 3 zeigt, wird also auf die Glasfaserenden ein einige
Quadratzentimeter großer Tropfen 6 eines geeigneten Klebstoffes, also z.
B. eines Epoxydharzes oder Polyesterkunststoffes, aufgebracht, und die Glasfaserenden
werden nun in den gewünschten Ordnungszustand gebracht, bei dem sie alle dicht nebeneinander
in einer Lage auf der Grundplatte 4 aufgereiht sind. Zum Ordnen der Glasfasern und
zum Auffächern kann man sich einer kleinen Spatel oder ,eines ausreichend festen
Kunststoffblattes bedienen. Die Arbeiten werden vorzugsweise unter einem schwach
vergrößernden Stereomikroskop durchgeführt.
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Nachdem die Glasfaserenden in der gewünschten Weise geordnet sind,
legt man auf den noch weichen Klebstofftropfen 6 mit den eingebetteten, geordneten
Glasfaserenden eine Deckplatte 7 (F i g. 4), die z. B. 20X3OX5mm groß
sein kann und gegebenenfalls ebenfalls mit einer oberflächlichen Schicht7a
versehen ist, die wie die Schicht 4 a auf der Grundplatte ein zu festes Haften des
Klebstoffes6 verhindert. Man läßt nun den Klebstoff 6 mit den eingebetteten
Fasern zwischen den Platten 4 und 7 aushärten.
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Wenn das spaltförmige Ende nur eine einzige Glasfaserreihe enthalten
soll, werden die Stimenden der Glasfaser, die in den ausgehärteteri Kunststoff eingebettet
und zwischen die Grundplatte 4 und die Deckplatte 7 eingeklemmt sind, angeschliffen
und optisch poliert. Wünscht man einen frei tragenden Spalt, so entfernt man die
beiden Platten 4, 7 durch Schmelzen
oder Lösen der aufgebrachten
Zwischenschichten 4a" 7a.
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Das andere Ende des Glasfaserbündels 1 kann
nun in eine
gewünschte Form gebracht und in dieser Form durch Einbetten ineinen. aushärtbaren
Kunststoff festgelegt werden. Man kann es beispielsweise in der oben beschriebenen
Weise, ebenfalls spaltförmig ausbilden. Bei dem in F i g. 5 dargestellten
Lichtleiter hat das andere Ende 8 jedocheinen kreisförmigen Querschnitt und
ist in einen aushärtbaren Kunststoff 9 eingebettet. Das Ende, 8 ist
ebenfalls an der Stirnfläche geschliffen und poliert. Gewünschtenfalls können die
geschliffenen und polierten Enden der Glasfasern auch noch vergütet werden.
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F i g. 6 zeigt das spaltförmige, frei tragende Stirnende des
in F i j. 5 dargestellten Lichtleiters in Stirnansieht. Wie man sieht, besteht
die Stirnseite des Lichtleiters aus einem sehr schmalen, frei tragenden Kunststoffstr,-ifen,
in den dicht nebeneinander die Glasfasern eingebettet sind, so daß der Lichtleiter
eine spaltförmige Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche aufweist. Ist der Kunststoff
6 flexibel, so kann das Ende in der gewünschten Weise verformt, z. B. den
gekrümmten Spaltbildern eines Spektrographen angepaßt werden.
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Zur Herstellung eines Glasfaser-Lichtleiters mit einem spaltförmigen
Ende, das mehrere parallele Glasfaserreihen aufweist, löst man nach, dem Aushärten
des Kunststoffes 6 (F i g. 4) nur die Deckplatte 7 ab und wiederholt
die an Hand von F i g. 1
bis 4 beschriebenen Verfahrenssehritte mit einem
neuen Glasfaserbündel, wobei die durch Abnehmen der Deckplatte freigelegte Oberfläche
des gehärteten Kud§tstoffe's 6 an Stelle der Grundplatte 4 als Unterlage
dient. Da hier im allgemeinen eine möglichst feste Verbindung der nebeneinanderliegenden
Glasfaserreihen erwünscht ist, wird man hier keine Schutzschicht anbringen und auch
eventuell auf der Oberfläche des gehärteten Kunststoffes 6 verbliebene Reste
der Schicht 7a vor der Bildung der nächsten Glasfaserreihe entfernen.
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F i g. 7 zeigt die Stirnseite eines Lichtleiters, nachdem zwei
weitere Glasfaserreihen hergestellt worden sind. Es befinden sich also auf der Grundplatte4
neben der zuerst hergestellten Glasfaserreihe, die in die Kunststoffschicht6 eingebettet
ist, noch eine zweite Reihe in einer Kunststoffschicht6' uhd eine dritte Reihe in
einer Kunststoffschicht 6". Dieses Verfahren kann praktisch beliebig oft
wiederholt werden. Das oben beschriebene Verfahren wurde mit Glasfasern eines Durchmessers
von 5 Wu bis 500 pm erfolgreich durchgeführt.
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F i g. 8 zeigt eine Lichtleiteranordnung von der Seite, deren
eines, spaltförmiges Ende drei parallele Reihen von Glasfasern (»Dreifachspalt«)
enthält. Die einzelnen Glasfaserreihen setzen sich in individuelle Glasfaserbündel
1, l' und V' fort, deren andere' Enden 8, 8" bzw. 8"' eine
beliebige Querschnittsform haben können, bei dem dargestellten Beispiel sind sie
rund. Die in F i g. 8 dargestellte Anordnung eignet sich z. B. zur Messung
des Profils einer Spektrallinie, die Enden 8, 83 8" führen-dann z. B. zu
getrennten Photovervielfachem.
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Nachdem eine genügende Anzahl von übereinanderliegenden Glasfaserreihen
gebildet ist, werden die Stirnflächen aller Glasfasern nach dem Aushärten der letzten
Kunststoffschicht poliert. Gewünschtenfalls können dann die Deckplatte und/oder
die Grundplatte entfernt werden.