DE1853607U

DE1853607U - Geraet zur optischen bilduebertragung.

Info

Publication number: DE1853607U
Application number: DEH41143U
Authority: DE
Inventors: Basil Isaac Hirschowitz; Lawrence Edward Curtiss; Charles Wilbur Peters
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-04-06
Filing date: 1962-04-06
Publication date: 1962-06-20

Description

Gerät zur optischen Bildübertragung.
Die Neuerung betrifft ein Gerät zur Lichtübertragung unter Verwendung optischer Glasfasern gemäß Gebrauchsmuster .................. (Anmeldung vom gleichen Tage), auf dessen Beschreibung hierin Bezug genommen wird.

Genauer gesagt, betrifft die Neuerung ein längliches,

biegsames Gerät zur optischen Bildübertragung, das. dadurch

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gekennzeichnet ist, daß es aus einer Vielzahl von langen, dünnen, biegsamen, leichtleitenden Glasfasern mit bestimmtem Brechungsindex besteht, von denen jede einzelne Faser über ihre ganze Oberfläche mit einem Glasüberzug von geringerem Brechungsindex versehen ist, die nebeneinanderliegenden Endabschnitte der beschichteten Glasfasern unter Ausbildung eines länglichen Bündels jeweils miteinander verbunden sind, dessen Endabschnitte durch gegeneinander unbewegliche Glasfasern gebildet wird, während die Fasern dos Mittelteils frei gegeneinander bewegbar sind, die Enden des Bündels jeweils praktisch in einer rechtwinkelig zur Längsachse des angrenzenden

verbundenenBündelabschnitts verlaufenden Ebene liegen,

das Bündel bis auf die Endabschnitte von einer biegsamen, undurchlässigen Membran umgeben ist, mindestens ein spiralig gewickeltes Metallglied an den beiden Enden des Bündels verankert ist, und am beobachterfernen Ende des Bündels einem diesem gegenüber verlagerbare Objektivlinse sowie eine Einrichtung zur Scharfeinstellung eines Bilds von der Objektivlinse auf das beobachterferne Ende des Bündels vorgesehen ist, die ein sich von einer am beobachternahen Ende vorgesehenen Okulareinrichtung längs des Bündels erstreckendes längliches, biegsames Glied aufweist, welches betrieblich mit der Objektivlinse verbunden ist, um diese wahlweise gegenüber dem beobachterfernen Ende des Bündels verschieben zu können.

In den beigefügten Zeichnungen ist eine Ausführungsform

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derNeuerung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1. eine zwecks Vereinfachung teilweise weggebrochene

Ansicht eines aus Glasfasern @@@@@tellten Lichtleitstabs, Fig. 2 eine Ansicht dieses strick-ähnlichen Stabs in kleinerem Maßstab, bei der das Rohr zu einem Knoten geknüpft ist, was die hohe Biegsamkeit dieses Rohrs erkennen läßt,

Fig. 3 eine Ansicht eines derartigen Stabs in bedeutend

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kleinerem Maßstab als in Fig. 1 und in gebogenem Zustand, wobei die Biegung seines Mittelabschnitts stark übertrieben dargestellt ist, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine der das Rohr bilden-

den Fasern, in stark vergrößertem I'-laßstab,

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Fig. 5 einen schematischen Querschnitt eines aus mehreren Fasern bestehenden Teilstücks des Rohrs, in

stark vergrößertem L'laßsta. b, bei dem eine Faser

einen Lichtstrahl leitet,

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte, teilweise im

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Schnitt dargestellte Ansicht eines aus dem

Lichtleitstab, gebildeten neuerungsgemäßen

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Geräts zur Lichtübertragung, Fig. 7 einen Querschnitt durch das in Fig. 6 dargestellte Gerät in Richtung der Pfeile 7-7 in Fig. 6, Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Rohrabschnitt zur Darstellung der Membran und der drei das Rohr

umgebenden Spiralen, in vergrößertem Llaßstab,

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Fig. 9 ein ANwendungsbeispiel für das neuerungsgemäße Gerät bei der Untersuchung innerer Körperorgane, beispielsweise des Magens und des Zwölffinger-. darms, und Fig. 10 einen weiteren Querschnitt durch einen Teil des in Fig. 6 dargestellten Geräts, in vergrößertem maßstab.

Der in Fig. 1 dargestellte Lichtleitstab 10 besteht aus einer großen Anzahl zu einem Bündel vereinigter Glasfasern 1.1., von denen jede aus einem Kern und einer durchgehenden äußeren Beschichtung besteht und sich über die Gesamtlänge des Rohrs erstreckt. Alle Fasern sind an ihren Enden 12 und 13 auf geeignete Weise, beispielsweise mittels plastischem Harz, einem Bindemittel, Klebmittel o. dgl. miteinander vereinigt. Die Fasern 11 sind äußerst biegsam und besitzen, wie erwähnt, einen sehr geringen Querschnitt.
Die Fasern sind zwischen ihren vereinigten Enden 12 und 13 voneinander getrennt, so daß das Rohr 10 äußerst biegsam ist, und zwar erstens, aufgrund der den dünnen Fasern eigenen Biegsamkeit und zweitens infolge des Umstands, daß sich die Fasern im Uittelabschnitt des Rohrs biegen und relativ zueinander bewegen können. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher der Liittelabschnitt 14 in übertriebener Darstellung gebogen und erweitert dargestellt ist, was darauf zurückzuführen ist, daß sich die einzelnen Fasern beim Biegen des Rohrs voneinander entfernen.
Fig. 2 zeigt die außergewöhnliche Biegsamkeit des Rohrs, indem das Rohr in einen Knoten geschlungen dargestellt ist. Sogar in diesem Zustand leitet das Rohr das Licht ebenso gut wie im geradlinigen Zustand.

In Fig. 5 wird ein mit 16 bezeichneter Lichtstrahl durch

die stark vergrößert dargestellte Faser 11. geleitet,

wobei der Lichtstrahl nicht durch die aus Glas mit nied-

rigeren rechun. jsinf'. o :' : bestehende Außenschioht 15 aus-

tritt, sondern von dieser in den Glaskern zurückreflek-

tiert wird, um seinen Weg über die ganze Jßnge der Glas-

LD

faser fortzusetzen.

Da die Glasfaser lichtleitend sein soll, muß der Kern bzw. Mittelteil aus optisch klarem Glas mit einem großen

Brechungsindex von beispielsweise größenordnungsmäßig

1,60 bis 1,3 bestehen.. Andererseits muß das die Außenschicht bildende Glasrohr eien niedrigeren Brechungsindex von beispielsweise 1,51 oder weniger besitzen und sollte aus klarem Glas von vorzugsweise höherem Schmelzpunkt als das für den Kern benutzten Glases bestehen.
Die Enden des Bündels sind durch Abschleifen und Polieren der Faserenden abgeflacht, so daß die Enden aller Fasern des gleichen Stabendes in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Im Betrieb wird das Licht bzw. ein beleuchtetes, sichtbares Bild vom einen Ende des Stabs erfasst und weitergeleitet, wobei das Licht durch jede der dünnen Fasern 11 hindurchgeführt wird. Das Licht wird somit durch den ganzen Stab gerichtet und am anderen Ende des Stabs ist das Licht bzw. das Bild als zusammengesetztes Bild und genaues abbild des am Anfang des Stabs aufgenommenen Teils deutlich sichtbar.

Bei einer Ausführungsform der I'euerung wurde festgestellt,

CD

daß ein Stab mit etwa 9,5 mm Durchmesser und etwa 1 m Länge einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad bei der Lichtübertragung hatte, nämlich etwas mehr als 50@.
Der Lichtleitstab kann zur Übertragung von Licht aus unzugänglichen Stellen zu einer Beobachtugnsperson oder zu einer die Sichtbilder aufnehmenden Kamera verwendet werden. Ersichtlicherweise ist der Anwendungsbereich des neuerungsgemäßen Lichtleitstabs praktisch unbegrenzt, der beispielsweise zur Ablesung von unzugänglich angeordneten Instrumenten oder zur Beobachtung von normalerweise unzugänglichen Stellen, wie radioaktiven Kammern usw., verwendet werden kann.

Ein beabsichtigter Verwendungszweck, für den sich die neuerungsgemäße Vorrichtung als sehr geeignet erwiesen hat, besteht in der Innenuntersuchung des menschlichen Körpers. Beispielsweise wurde bei der Diagnose von

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Magengeschwüren festgestellt, daß etwa 25 der Geschwüre

an den Uänden des Hauptmagens und etwa 75 im Zwölffin-

gerdarm auftreten. Zur Zeit ist kein Mittel zur inneren

Untersuchung des Zwölffingerdarms bekannt und Diagnosen müssen anhand von Röntgenaufnahmen und durch Schätzungen der untersuchenden arzt vorgenommen werden. Die neuerungsgemäße Vorrichtung ist äußerst biegsam und kann durch den geöffneten i. Iund eines Patienten und durch den Magen, wie in Fig. 9 dargestellt, in den Zwölffingerdarm eingeführt werden, wobei der Zwölffingerdarm vom Arzt tatsächlich gesehen werden kann und dieser eine sofortige

Diagnose vornehmen kann, ohne Rontgenstrahlen verwenden

CD

und die übrigen normalerweise. bei der Diagnose von

Geschwüren erforderlichen Schritte vornehmen zu müssen.

Ein für derartige Diagnose wie auch für andere Verwendungszwecke bei der Bildübertragung geeignetes Instrument ist in den Fig. 6 bis 8 dargestellt. In der Fig. 6 ist der Lichtleitstab 10 in einer gegenüber Fig. 1 vergrösserten Ansicht dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform ist das Rohr 10 über seine

gesamte Länge von einer dünnen, sehr biegsamen, luft-

CD

und wasserundurchlässigen Membran 25 umhüllt, die einen Schutz für die Fasern bildet.

Die Hembran 25 kann aus Latex-Gummi o. ähnlichem hoch-

biegsamen Material, ähnlich dem Gummi von Operationshandschuhen, hergestellt sein und eine Stärke von etwa 0,25 mm besitzen. Diese Maße sind in diesem Pall jedoch keineswegs ausschlaggebend und können je nach Verwendungszweck des Beobachtungsstabs und der für einen bestimmten Verwendungszweck maximal zulässigen Stärke beliebig abgeändert werden.
Die Außenseite des Rohrs ist von einer Lietallhülle 26 umgeben, die aus drei länglichen, jede für sich in Form einer Spirale um das Rohr gewickelten und einander überlagernden, schmalen und äußerst dünnen iietallstreifeii besteht, wobei abwechselnde Spiralen 27$ 28, 29 jeweils in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind, so daß sich die einzelnen Spiralen unter verschiedenen Winkeln schneiden.
Bei einer praktisch verwendbaren Ausführungsform kann die Gesamtstärke der Spiralen etwa 1 mm betragen. Diese Spiralen gestatten eine Handhabung des Stabs und ermöglichen insbesondere, das freie, an eine unzugängliche

Stelle zu brille jnae von dem dem Beobachter zugängli-

chen Ende aus dirigieren zu können. Jede Spirale überträgt eine auf sie wirkende Drehbewegung bzw. Kraft in einer /sen

bestimmten Richtung. Insgesamt sind die/drei Spiralen

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also drei Richtungen gegeben, so da3 der Stab durch Verdrillen, Drehen, Ziehen und Schieben eines Endes äußerst gut bewegbar ist. In jedem Fall wird die Kraft auf das andere Ende übertragen. Die Spiralen können so gewickelt sein, daß jede gemäß Fig. 8 auf der darunterliegenden aufliegt. Gewünschtenfalls können die Spiralen aber auch miteinander verwebt sein. In jedem Fall muß jede einzelne Spirale unter einer anderen Winkelrichtung um den Stab herum gewickelt sein, als die beiden anderen Spiralen.
Uenn die neuerungsgemäße Vorrichtung zur Beobachtung eines dunklen Bereichs ;, beispielsweise eines Innenraums des menschlichen Körpers, verwendet werden soll, kann eine Hülse 30 in Form eines zylindrischen Rohrs um den vom Beobachter abgewandten Endabschnitt des Lichtleitstabs 10 vorgesehen werden, die eine Linse 31, ein Prisma, 32 und eine Lichtquelle 33 aufnimmt. Die Lichtquelle kann eine elektrische Lichtbirne sein, die über eine dünne Leitung mit dem beobachternahen Ende des Rohrs und von dort aus mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist es wünschenswert, die Linse 31 durch Hin--und Herbewegung der Linse gegenüber dem Ende 19 des Lichtleitstabs scharf einstellen zu können. Dies wird dadurch ermöglicht, daß an der Hülle 26 nahe dem Ende des Lichtleitstabs bei 36 Zähne bzw. Rillen vorgesehen sind, in die ein mit der Hülse 30 verbundenes Zahnrad 37 eingreift, das seinerseits mit einer Schnecke 38 in Eingriff steht.
Die Schnecke setzt sich durch ein an der Außenseite des Lichtleitstabs befestigtes bzw. gehaltertes Schneckenrohr 39 bis zum anderen Ende des Lichtleitstabs fort und kann aus einem sehr dünnen Draht mit einer aus einem anderen dünnen Draht gebildeten Spiralwindung bestehen, welche Spiralwindung als Schneckenverzahnung dient.
Diese Anordnung ist in Fig. 10 dargestellt, bei der die Schnecke 38 mit der sie umgebenden Drahtspirale 40 mit dem seinerseits in die Zähne bzw. Rillen 56 eingreifenden Zahnrad 37 in Eingriff steht. Durch diese Anordnung kann die Hülse 30 auf dem Rohrende vor und zurück geschoben werden. Außerdem sind weitere Mittel zur Einstellung der Linse auf der Grundlage des allgemeinen Prinzips von Zahnrad und Verstellschnecke möglich.
Falls erwünscht, kann zur Erzielung besserer optischer Effekte eine zusätzliche Linse 43 in der Hülse 30 vorgesehen werden.

Wie bereits erwähnt, ist der wie das in 6 zargestellte Instrument ausgebildete Stab 10 in Fig. 9 durch die Speiseröhre hindurch in einen menschlichen LIagen eingeführt, wobei das Ende durch den Magenausgang in den Zwölffingerdarm zur Untersuchung auf möglicherweise in diesem vorhandene Geschwüre hineinreicht. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Geschwüre in reflektierten Licht der Lichtquelle 33 unmittelbar sichtbar; das Lickt tritt dabei durch das Prisma 32 aus und wird dann in das Prisma zurück reflektiert, gelangt durch die Linse 31, durch das Ende 19 des Lichtleitstabs und anschließend durch die Fasern des Rohrs bis zum beobachternahen Ende, wo das Bild durch das Okular 41, das aus beliebigen Beobachtungslinsen 42 bestehen kann, zu sehen ist.

Das Rohr kann im. Magen um Ecken herumbewegt werden, indem

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es einfach in sich verdreht wird, wobei diese Verdrehung

durch die Spiralen übertragen wird.

Zwecks Untersuchung des menschlichen LIagens kann das Rohr

etwa einen Keter oder mehr Länge und einen Durchmesser von

etwa 9, 5 mm bis zu etwa 12, 7 mm besitzen. Weiterhin kann

am-Lichtleitstab eine lluidumleitung 44 vorgesehen sein,

um Luft oder ein anderes Fluidum in den liegen pumpen zu

können. Ungeachtet der Tatsache, da3 das Rohr in verschie-

dene Richtungen verdrillt und gedreht und in verschiedenen Lagen ziemlich scharf abgeknickt werden kann, sogar soweit, daß es beim Einführen an die unzugängliche Stelle sogar Knoten und scharfe Knicke aufweist, wird das Licht mit nur sehr geringem Lichtverlust vom einen Rohrende zum anderen übertragen.

Die Heuerung kann ersichtlicherweise im Rahmen des Schutzumfang noch weiter ausgebildet werden. Demgemäß soll die vorstehende Beschreibung nur eine auf die Praxis zugeschnittene Ausführungsform der Neuerung erläutern und ist nicht einschränkend aufzufassen.

Claims

S c hut z a n s p r ü ehe.

1. Längliches, biegsames Gerät zur optischen Bildübertagung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Vielzahl von langen, dünnen, biegsamen, lichtleitenden Glasfasern mit bestimmtem Brechungsindex besteht, von denen jede einzelne Faser über ihre ganze Oberfläche mit einem Glasüberzug von geringerem Brechungsindex versehen ist, die nebeneinanderliegenden Endabschnitte der beschichteten Glasfasern unter Ausbildung eines länglichen bündels jeweils miteinander verbunden sind dessen Hndabschnitte durch gegeneinander unbewegliche Glasfasern gebildet wird, während die Fasern des Mittelteils frei gegeneinander bewegbar sind, die Enden des Bündels jeweils praktisch in einer rechtwinkelig zur Längsachse des angrenzenden verbundenen Bündelabschnitts verlaufenden Ebene liegen, das Bündel bis auf die Endabschnitte von einer biegsamen, undurchlässigen Membran umgeben ist, mindestens ein spiralig gewickeltes Uetallglied an den beiden Enden t des Bündels verankert ist, und am beobacherfernen

Ende des Bündels eine diesem gegenüber verlagerbare Objektivlinse sowie eine Einrichtung zur scharfenstellung eines Bilds von der Objektivlinse auf das beobachterferne Ende des Bündels vorgesehen ist, die ein sich von einer am beobachternahem Ende vorgese- henenOkulareinrichtung längs des Bündels erstrecken-

des längliches, biegsames Glied aufweist, welches betrieblich mit der Objektivlinse verbunden ist, um diese wahlweise gegenüber dem beobachterfernen Ende des Bündels verschieben zu können.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Glasfasern praktisch flach sind und am beobachterfernen Ende des Faserbündels ein die Objektivlinse umgebendes rohrförmiges Glied vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Bündels eine Einrichtung zum Hindurchleiten eines unter Druck stehenden Fluidums in Form eines länglichen, biegsamen, vom beobachternahen zum beobachterfernen Ende des BÜndels an diesem entlang verlaufenden Rohrglieds vorgesehen ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daS am rohrförmigen Glied neben der Objektivlinse eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines

durch das Faserbündel und die Objektivlinse zu beobachtende Felde vorgesehen ist, am beobachterfernen Ende in der Seitenwand des rohrförmigen Glieds eine Öffnung ausgebildet ist, durch welche das von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Licht austreten kann, und zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Öffnung ein Prisma angeordnet ist, welches das von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Licht durch die Öffnung in den Beobachtungsraum wirft und diesen beleuchtet und das von einem sich in diesem Beobaclh- befindlichen... tungsraum'Objekt durch die Offnung zurückgeworfene

Licht durch die Objektivlinse auf das beobachternahe Ende des Bündels richtet.