DE1900601A1

DE1900601A1 - Verfahren zur Herstellung faseroptischer Buendel

Info

Publication number: DE1900601A1
Application number: DE19691900601
Authority: DE
Inventors: Gardner William L
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-01-10
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1969-07-31
Also published as: US3554721A; FR2000117A1; GB1250712A; DE1900601B2; NL6900252A; JPS4810651B1

Description

Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bündel

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bündel, die sich in vorteilhafter Weise zu Anwendungen eignen, bei denen die lichtleitenden Pasern das zur Beleuchtung dienende Licht von einer Lichtquelle einem Lesebereich zuführen, und bei der andere Pasern verwendet werden, um das reflektierte Licht von dem Lesebereich einem Detektor zuzuleiten. Solche Einrichtungen werden beispielsweise zum Besichtigen von Flächen benutzt, die geschriebene oder gedruckte Zeichen enthalten, um das Auftreten oder Fehlen der Zeichen festzustellen.

Faseroptische Bündel werden in vielen verschiedenen Formen hergestellt, und die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Herstellungsverfahren, durch das das früher notwendige Zusammenfügen der Fasern von Hand weitgehend umgangen wird, wobei die erzeugten Bündel ein verbessertes Verhältnis

— 1 —

909831/0994

zwischen dem optischen Signal und dem Rauschpegel aufweist und eher eine Reflexion statt eine Transmission gestattet.

Bei faseroptischen Lesebündeln dienen eine oder mehrere Fasern wechselweise als ßeleuchtungsfasern, die cas Licht von der Lichtquelle zu der zu beleuchtenden Fläche leiten, während die anderen Fasern der Gruppe als Aufnahmefasern dienen, die das reflektierte Licht einem optischen Detektor zuführen. Gewöhnlich sind diese Faserbündel an einem Ende so voneinander getrennt, daß die Fasern, die zur Beleuchtung der Kopie dienen, an einer Lichtquelle angeordnet sind, und die Fasern, die das Bild der Zeichen weiterleiten, mit einem optischen Detektor verbunden sind, Die Trennung der Fasern trägt auch dazu bei, das Streulicht zu vermindern, das das Verhältnis zwischen Sjgial und Rauschpegel verschlechtern würde.

Bei bekannten faseroptischen Leseköpfen werden die Pasern meist von Hand ausgerichtet und in Stellung gebracht, wobei die Fasern selbst verhältnismäßig groß, d.h.. in der Größenordnung von 0,2 bis 1 mm Durchmesser sind. Wenn Fasern mit solchen Durchmessern verwendet werden, müssen die Einrichtungen zum Anordnen und Zusammensetzen der das Bild übertragenden Fasern in einem bestimmten Abstand zu dem zu lesenden Material sorgfältig ausgeführt sein, damit sich die Strahlenkegel der Bildübertragungsfasern überlappen. Dadurch, daß die Enden der Bildübertragungsfasern von dem abzutastenden Material einen bestimmten Abstand haben, treten Störungen und Streulicht in den Faserenden auf und es ergibt sich eine zusätzliche Quelle von Rauschsignalen.

-2-

909831/0994

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bündel für Reflex ionsleser zu schaffen, bei denen sehr viel kleinere Pasern auf einfache Weise verwendet werden können, wobei die Pasern an dem der Kopie zugewandten Ende miteinander vermischt sein können, so daß optimale Überlappungsbereiche erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bündel gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Paser mit einem Paserkern und einem einen kleineren Brechungsindex aufweisenden Fasermantel gezogen wird; daß eine zweite Paser mit größerem Durchmesser als die erste Paser gezogen wird, die ebenfalls einen Paserkern und einen einen kleineren Brechungsindex aufweisenden Pasermantel aufweist; daß die ersten

Iund zweiten Pasern parallel in einem Bündel angeordnet werden, t

wobei ein Material,das löslicher als das Material der Fasermäntel ist, eingeschlossen wird; daß das Bündel zu einem Strang ausgezogen wird, indem die ersten und zweiten nebeneinanderliegenden Fasern durch das lösliche Material voneinander getrennt sind; und daß das lösliche Material von einem Endabschnitt des Stranges entfernt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nur ein Minimum an Handrbßit notwendig, um eine Einrichtung zu schaffen, in der die Endfläche jeder Lesefaser direkt mit den zu lesenden Zeichen in Kontakt sein kann, so daß das Verhältnis von Signal zu dem Rauschjpegel verbessert wird.

909831/0994

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Ausziehen einer zusammengesetzten Paser, die in den gemäß der Erfindung hergestellten Einrichtungen verwendet wird,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1,

Fig. 4 einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 5-5 von. Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des unteren Endes des in Fig. 4 gezeigten Stranges;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellter Faserbündels;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten faseroptischen Bündels, das als Reflektionsleser dient, und

Fign. 9a, b, c und d Schnitte durch verschiedene geometrische Anordnungen der Fasern.

909831/0994

In den Pign. I₃ 2 und 3 ist das faseroptische Lesebündel gezeigt, das aus wenigstens einer Lese- oder Signalübertragungsfaser Io und aus Beleuchtungsfasern 12 zusammengesetzt ist. Die Pasern Io und 12 sind jeweils so hergestellt, daß eine Paser einen wesentlich größeren Durchmesser als die andere Paser hat, so daß die beiden Pasersorten wahlweise aufgrund ihres Biegemomentes voneinander getrennt werden können. Obwohl die Pasern Io als Pasern zur übertragung des Signales bezeichnet sind und die Pasern 12 als Pasern zur übertragung der Beleuchtung, können die Pasersorten untereinander sowohl bei mehrfachen als auch bei einfachen Paseranordnungen vertauscht werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bildübertragungsoder Lesefasern Io mit einem optischen Paserkern 14 ausgestattet, der mit einem Pasermantel 16 aus einem Material mit geringem Brechungsindex umgeben ist. Der Durchmesser des Faserkernes Io im Verhältnis zu der Dicke des Pasermantels 16 und das Verhältnis der Brechungsindices des Kernes Io und des Mantels 16 sollten nach den bei faseroptischen Bildübertragern bekannten Gesichtspunkten ausgewählt werden.

Die Pasern Io können nach dem bekannten Verfahren zum Herstellen von optischen Fasern durch Ausziehen hergestellt werden, wobei ein optischer Kern in ein aus dem Mantelmaterial bestehendes Glasrohr eingeführt wird, der Stab und das Rohr wahlweise durch eine Heizzone abgesenkt werden und eine feine Paser vom unteren Ende der Anordnung an der Heizzone ausgezogen wird.

909831/0994

Die zur Übertragung des Lichtes vorgesehenen Pasern 12 (Fig. 2) bestehen aus einem Paserkern mit hohem Brechungsindex und einem Fasermantel 2o mit vergleichsweise geringem Brechungsindex. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat Jede Paser 12 einen weiteren Mantel '22 aus einem dritten Mantelwerkstoff, der erheblich löslicher als der Fasermantel 2o der Paser 12 oder der Fasermantel 16 der Faser Io ist.

Wenn die erste überschichtete, zusammengesetzte Faser Io und die zweite überschiehtete, zusammengesetzte Faser 12 hergestellt ist, werden die ausgezogenen Fasern zu einem Bündel (Fig. 2) zusammengefügt. Die einzelnen Fasern des Bündels können 15 bis 9o cm lang sein. Die in der Mitte angeordnete, den Kern der Anordnung bildende Paser Io kann beispielsweise 5 bis 7,5 cm Durchmesser haben, während die Fasern 12 zur übertragung des Lichtes entsprechend kleiner sind.

Das Bündel 24 wird über einer Heizung (Pig. I) aufgehängt und langsam durch die Heizzone abgesenkt, während der zusammengesetzte Paserstrang 28 von dem unteren Ende ausgezogen wird. Bei diesem Ziehvorgang werden die äußeren Zylinderflächen des Mantels 16 der Paser Io mit dem leicht erodierbaren, löslichen Mantel der Pasern 12 angeschmolzen, so daß eine Einheit (Fig. 3) gebildet wird. Wenn die fertige Einrichtung eine einzige Leseeinheit umgeben von mehreren Beleuchtungsfasern 12 aufweisen soll, ist die in Fig. 3 gezeigte Einheit soweit fertiggestellt, daß die

Lesefasern von den Beleuchtungsfasern wahlweise getrennt werden können. Wenn jedoch das zusammengesetzte optische Leserbündel

- β 909831/0994

aus mehreren, das Bild übertragenden Pasern beispielsweise Io' in Fig. 8 zusammengesetzt werden soll,, von denen jede wiederum durch mehrere Beleuchtungsfaserbündel 12^f umgeben ist, dann werden mehrere Stränge 28 parallel zueinander gestapelt. Das Bündel wird dann in eine entsprechende Schmelzform eingebracht, aufgeheizt und gepreßt, so daß es zu einer zusammengesetzten Einheit zusammengeschmolzen wird. Das Bündel kann auch über einer Heizung 26 aufgehängt werden, so daß ein weiterer zusammengesetzter Faserstrang ausgezogen werden kann, der aus mehreren Lesefasern und aus einer Vielzahl von Beleuchtungsfasern besteht.

Wenn die fertige Einheit eine einzige Lesefaser oder eine Vielzahl solcher Lesefasern enthält, wird der zusammengesetzte Strang 28 (Fig. 1 und 3) auf jeden Fall in ein Ätzbad 3o (Fig. 4) eingelegt, nachdem das untere Ende des Stranges mit einem säurebeständigen Mittel 32 überzogen wurde. Das säurebeständige Mittel 32 kann Bienenwachs, ein Epoxiharz oder dergleichen sein, welches im wesentlichen in der für das Ätzbad 3o gewählten Säure unlöslich ist. Während der Strang 28 in dem Ätzbad 3o ist, entfernt das Ätzmittel 32^f das leicht lösliche oder ätzbare Füllmaterial 22, das die einzelnen Fasern in Matrixform zusammenhält, von den Außenflächen des den Fasermantel 16 bildenden Glases der Faser und von dem den Fasermantel 2o bildenden Glas der Faser 12 entfernt, so daß sich der in Fig. Io gezeigte Querschnitt ergibt, wobei die Beleuchtungsfasern frei angeordnet sind mit Ausnahme ihrer unteren Enden, wo das säurebeständige Mittel 32 den vorher geformten Strang schützt.

W,enn das Bündel fertig geätzt ist (Fign. 5 und 6), wird die Tren- - 7 -

909831 /0994

nung der Beleuchtungsfasern 12 von den Lesefasern Io aufgrund des höheren Biegungsmomentes der feineren Pasern 12 bezüglich der Pasern Io mit dem größeren Durchmesser (Fign. 7 und 8) erzielt. Die Paser mit dem kleineren Durchmesser werden von den steiferen Pasern Io bzw. Io' mit dem größeren Durchmesser weggebogen. Wenn die Pasern auf diese Weise getrennt und abgesondert sind, können sie auf einfache Weise gebündelt und an eine Lichtquelle, beispielsweise den Glühdraht 4o in den Pign. 7 und 8 angeschlossen werden, während die Lesefasern Io, Io^f zu einem optischen Detektor 42 führen.

Wenn die faser-optischen Lesebündel dazu benutzt werden sollen, die Schrift einer Schreibmaschine zu lesen, die einen Typenabstand von ungefähr 2,5 mm hat, sollte der Faserdurchmesser solch einer Einrichtung zum Lesen dieser Typen nicht größer als der Typenabstand, vorzugsweise jedoch kleiner sein. Die Lesefasern, die zum Lesen von Schreibmaschinenschrift geeignet sind, sollten beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr o,o9 mm haben. Mit Pasern mit diesem Durchmesser kann eine gute Trennung und Absonderung erzielt werden, wenn die Beleuchtungsfasern einen Durchmesser von ungefähr o,o5 mm haben. Bei solch einer Einrichtung können nach dem Entfernen des die Pasern in Matrixform haltenden, leicht ätzbaren Materiales von dem Bündel die Beleuchtungsfasern und die BeleucHungsfasern mit dem geringeren Durchmesser auf einfache Weise von den großen Fasern aufgrund ihrer verschiedenen Biegbarkeit getrennt werden. Wenn solch eine Einrichtung in einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, schnell hin und her bewegt wird, können die verschieden dicken Fasern von Komplexen, ineinandergefügten Faseranordnungen aufgrund der verschiedenen Biegbarke i t getrennt werden. - 8 -

909831/0994

Obwohl die Faserkerne der Pasern Io und 12 und ihre zur Lichtabschirmung dienenden Fasermäntel 16 und 2o aus mehreren glasartigen Werkstoffen hergestellt werden können, wie es in der Technik der faseroptischen Einrichtungen bekannt ist, ist das folgende Flintglas und das bariumhaltige Flintglas für die Faserkerne 14 und mit hohem Brechungsindex geeignet:

Flintglas:

Bestandteil Gewichts-^

SiO₂ 44.9

Na₂O o.5

K₂O 8

PbO 46.6

bariumhaltiges Flintglas:

Bestandteil Gewichts-%

SiO₂ 43.3

Na₂O o. 7

K₂O 7-5

PbO 32.6

BaO lo.8 ZnO 5. l

Für die Fasermäntel 16 und 2o eignet sich folgendes Glas mit kleinerem optischen Brechungsindex:

Gewichts-^

8o.6 13.ο 3-3

909831 /0994

Bestandteil	2
SiO	3
B₂O	0
Na₂

ο. 4 2.2

Der Werkstoff 22, der die Paser in Matrixform zusammenhalten soll oder das Glas, das den zweiten Mantel auf beispielsweise den Beleuchtungsfasern bildet und das leicht ätsbar ist, kann ein Lathan-Silikatglass sein, welches chemisch mit o,l normaler Salpetersäure geätzt werden kann. Solch ein Lathan-Silikatglass kann folgende Bestandteile haben:

Bestandteil Gewichts-^

SiO₂ 12

Al₂O₃ 3

BaO 48

BO, 17

La₅O-, 2o

Wenn im allgemeinen die Durchmesser der Pasern, die getrennt werden sollen, sich um wenigstens lo% unterscheiden, können die Paserjn auf geeignete Weise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennt werden. Die einzelnen Anordnungen der Pasern der Bündel, wie sie in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind, können auf verschiedene Weise abgewandelt werden. So sind in den Pig. 9a, b, c und d schematisch Querschnitte durch vier andere mögliche Anordnungen der dicken und dünnen Pasern gezeigt, die im Rahmen der Erfindung liegen.

- Io -

909831 /0994

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen faseroptischer Bündel aus Fasern mit einem Faserkern und einem einen kleineren Brechungsindex aufweisenden Fasermantel, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern verschiedener Durchmesser parallel in einem Bündel unter Verwendung eines Materials, das löslicher als das der Fasermäntel ist, angeordnet werden, worauf'das Bündel zu einem Strang ausgezogen wird, in dem die Fasern durch das lösliche Material voneinander getrennt sind, und daß das lösliche Material von einem Endabschnitt des Stranges entfernt wird.

Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß für das Material, das löslicher als das Material der Fasermäntel ist, ein drittes glasartiges Material verwendet wird, das auf den Fasern geÄngeren Durchmessers aufgebracht wird.

-1-

909831/0994

3. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einen Pasern wenigstens 10$ größer als der Durchmesser der anderen Fasern" gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Material von dem Strang mit Ausnahme eines Endabschnittes entfernt wird.

• -2-

909831/0994