DE1900601B2

DE1900601B2 - Verfahren zum herstellen faseroptischer buendel durch strangziehen

Info

Publication number: DE1900601B2
Application number: DE19691900601
Authority: DE
Inventors: William L Wellesley Mass Gardner (V St A )
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-01-10
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1972-08-03
Also published as: NL6900252A; DE1900601A1; FR2000117A1; JPS4810651B1; GB1250712A; US3554721A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen faseroptischer Bündel, die aus Fasern mit einem Faserkern und einem einen kleineren Brechungsindex aufweisenden Fasermantel bestehen.

Bei faseroptischen Bündeln dieser Art dient ein Teil der Fasern dazu, das zur Beleuchtung dienende Licht einer Lichtquelle einem Lesebereich zuzuführen, während die anderen Fasern dazu verwendet werden, 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 dieser Zeichen festzustellen. Gewöhnlich sind die Fasern eines Bündels an einem Ende so voneinander getrennt, daß die Lichtleitfasern der Lichtquelle zugeordnet sind, während die Bildleitfasern mit dem optischen Detektor verbunden sind. Die Trennung der Fasern trägt dazu bei, das Streulicht zu vermindern, das das optische Signal verfälschen würde.

Optische Faserbündel werden in vielen verschiedenen Formen hergestellt. Da die meisten Fasern der faseroptischen Leseeinrichtungen von Hand ausgerichtet und positioniert werden, sind die Fasern selbst verhältnismäßig groß, d. h. in der Größenordnung von 0,2 bis 1 mm Durchmesser. Wenn Fasern solcher Durchmesser verwendet werden, müssen die Einrichtungen zum Anordnen und Zusammensetzen der Bildleitfasern in einem bestimmten Abstand zu dem zu lesenden Material sorgfältig ausgelegt werden, damit sich die Strahleripegel der Bildleitfasern überlappen. Dadurch, daß die Enden der Bildleitfasern von dem abzutastenwird, wobei durch das löslichere Material die Fasern unter Bildung einer Verbindungsschicht zusammengeschweißt werden und diese Verbindungsschicht am Endabschnitt des Bündels durch Ätzen entfernt wird, wodurch Bildleitfasern von Lichtleitfasern getrennt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nur ein Minimum an Handarbeit notwendig. Ferner können bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten faseroptischen Bündeln die Endfläche einer jeden Bildleitfaser unmittelbar mit den zu lesenden Zeichen in Berührung stehen, so daß das Verhältnis von optischem Signal zu Streulicht verbessert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch das Strangziehen einer zusammengesetzten Faser für ein faseroptisches Bündel,

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von

Fig. 1.
F i g. 3 einen Schnitt entlang der L.ine 3-3 von

Fig.

F i g. 4 einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 5-5 von F i g. 4,

F i g. 6 eine vergrößerte Teilansicht des unteren Endes des in F i g. 4 gezeigten Stranges.

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Faserbündels,

F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten faseroptischen Bündels, das als Refle;'.ionsleser dient,

Fig. 9a, 9b, 9c, 9d Schnitte durch verschiedene geometrische Anordnungen der Fasern. In den F i g. 1, 2 und 3 ist ein faseroptisches Bündel gezeigt, das aus wenigstens einer Bildleitfaser 10 und aus mehreren Lichtleitfasern 12 zusammengesetzt ist. Die Fasern 10 und 12 sind jeweils so hergestellt, daß eine Faser einen wesentlich größeren Durchmesser als die andere Faser hat, so daß die beiden Fasersorten wahlweise auf Grund ihres gegenüber Biegemomenten unterschiedlichen Widerstandes voneinander getrennt werden können. Obwohl die Fasern 10 als Bildleitfasern und die Fasern 12 als Lichtleitfasern bezeichnet wurden, können die Fasern sowohl bei mehrfachen als auch bei einfachen Faseranordnungen gegeneinander vertauscht werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bildleitfasern 10 mit einem optischen Faserkern 14 ausgestattet, der mit einem Fasermantel 16 aus einem Material mit geringerem Brechungsindex umgeben ist. Der Durchmesser des Faserkerns 10 im Verhältnis zu der Dicke des Fasermantels 16 und das Verhältnis der

Brechungsindizes des Kernes 10 und des Mantels 16 sollten nach den bei faseroptischen Bildübertragern bekannten Gesichtspunkten ausgewählt werden

Di-; Fasern 10 können nach dem bekannten Verfahren zum Herstellen von optischen Fasern durch Strangziehen 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 Faser vom unteren Ende der Anordnung an der Heizzone ausgezogen wird.

Die Lichtleitfasern 12 (F i g. 2) bestehen aus einem Faserkern mit hohem Brechungsindex und einem Fasermantel 20 mit vergleichsweise geringem Brechungsindex. In dem gezeigten AusfiihrnnashpicniJc ,c hat jede haser 12 einen weiteren Mantel 22 aus einem drillen Mantelwerkstoff, der erheblich löslicher als der 1 dbermantel 20 der Faser 12 oder der Fasermantel 16 der Faser 10 ist.

Wenn die erste umschichtete, zusammengesetzte Faser 10 und die zweite umschichtete, zusammengesetzte Faser 12 hergestellt sind, werden die ausgezogenen Fasern zu einem Bündel ( F i g. 2) zusammengefügt. Die einzelnen Fasern des Bündels können 15 bis 90 cm lang sein. Die in der Mitte angeordnete, den Kern der Anordnung bildende Faser 10 kann beispielsweise 5 bis 7,5 cm Durchmesser haben, während die Fasern 12 zur Übertragung des Lichts entsprechend kleiner sind.

Das Bündel 24 wird über einer Heizung ( F i g. 1) aufgehängt und langsam durch die Heizzone"abgesenkt, während der zusammengesetzte Faserstrang 28 von dem unteren Ende ausgezogen wird. Bei diesem Ziehvorgang werden die äußeren Zylinderfläjben des Mantels 16 der Faser 10 mit dem leicht erodierbaren. löslichen Mantel 22 der Fasern 12 angeschmolzen, so daß eine einheit (Fig. 3) gebildet wird, in der die Lichtfasern durch das Strangziehen einen ovalen Querschnitt erhalten haben.

Wenn die fertige Einrichtung eine einzige Bildleitfaser, umgehen von mehreren Lichtleitfasern 12, aufweisen soll, ist die in F i g. 3 gezeigte Einheit so weit fertiggestellt, daß die Bildleitfasern von den Lichtleitfasern wahlweise getrennt werden können. Wenn jedoch das zusammengesetzte optische Bündel aus mehreren Bildleitfasern, beispielsweise 10' in Fig. 8, zusammengesetzt werden soll, von denen jede wiederum von mehreren Lichtleitfasern 12' 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 Bünde! kann auch über einer Heizung 26 aufgehängt werden, so daß ein weiterer zusammengesetzter Faserstrang ausgezogen werden kann, der aus mehreren Bildleitfasern und aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern besteht.

Wenn die fertige Einheit eine einzige Bildleitfaser oder eine Vielzahl solcher Bildleitfasern enthält, wird der zusammengesetzte Strang28 (Fig.] und 3) auf jeden Fall in eir Ätzbad 30 (F i g. 4) eingelegt, nachdem das untere Ende des Stranges mit einem säurebeständigen Mittel 32 überzogen wurde. Das säurebeständige Mitte! .32 kann Bienenwachs, Epoxydharz od. dgl. sein, welches im wesentlichen in der für das Ätzbad 30 gewählten Säure unlöslich ist. Während der Strang28 in demÄtzbad 30 ist, entfernt das Ätzmittel 32' das leicht lösliche oder ätzbare Füllmaterial 22. das die einzelnen Fasern in Matrixfonn zusammenhält, von den Außenflächen des den Fasermantel 16 bildenden Glases der Faser 10 und von dem den Fasermantel 20 bildenden Glas der Faser 12, so daß sich der in F i g. 5 gezeigte Querschnitt ergibt, wobei die Lichtleitfasern frei angeordnet sind mit Ausnahme ihrer unteren Enden, wo das säurebeständige Mittel 32 den vorher geformten Strang schützt.

Wenn das Bündel fertiggeätzt ist (F i g. 5 und 6), werden die Lichtleitfasern 12 von den Bildleitfasern 10 auf Grund des unterschiedlichen Biegewiderstandes der feineren Fasern 12 bezüglich der Fasern 10 mit dem größeren Durchmesser (F i g. 7 und 8) voneinander getrennt. Die Fasern mit dem kleineren DurchmpQcpr wprHpn unn Hpn steiferen Fasern 10 bzw. 10' mit größerem Durchmesser weggebogen. Wenn die Fasern auf diese Weise ge·· :nnt und abgesondert sind, können sie auf einfache Wtise. gebündelt und an eine Lichtquelle, beispielsweise den Glühdraht 40 in den F i g. 7 und 8, angeschlossen werden, während die Fajern 10,10' zu einem optischen Detektor 42 führen.

Wenn die faseroptischen Bündel 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 Bildleitfasern, die zum Lesen von Schreibmaschinenschrift geeignet sind, sollten beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 0,09 mm haben. Mit Fasern dieses Durchmessers kann eine gute Trennung und Absonderung erzielt werden, wenn die Lichtleitfasern einen Durchmesser von ungefähr 0,05 mm haben. Bei solch einer Einrichtung können nach dein Entfernen des die Fasern in Matrixform haltenden, leicht ätzbaren Materials von dem Bündel die Lichtleitfasern mit dem geringeren Durchmesser auf einfache Weise von den großen Fasern auf Grund ihrer unterschiedlichen Biegeeigenschaften getrennt werden. Wenn solch eine Einrichtung in einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, schnell hin- und herbewegt wird, lassen sich Gemische unterschiedlich dicker Fasern trennen.

Obwohl sich die Faserkerne der Fasern 10 und 12 und ihre zur Lichtabschirmung dienenden Fasermäntel 16 und 20 aus beliebigen in der Faseroptik bekannten Werkstoffen herstellen lassen, ist das folgende Flintglas und das bariumhaltige Flintglas für die Fiserkerne 14 und 18 mit hohem Brechungsindex besondeis geeignet:

Flintglas

Bestandteil

55

60 SiO₂
Na₂O
K₂O
PbO

Gewichtsprozent

44,9
0,5
8

46,6

	Bariumhaltiges	Flintglas
	Bestandteil
SiO₂ .
K„O PbO BaO ZpO .
	Gewichtsprozent
	43,3 0,7
	7,5 32,6 10,8 5.1

Für die Fasermäntel 16 und 20 eignet sich folgendes Glas mit kleinerem optischem Brechungsindex:

Bestandteil	Gewichtsprozent
SiO₂ B₂O₃ Na₂O K₂O Al₂O₃	80,6 13,0 3,3 0,4 2,2

Der Werkstoff 22, der die Faser in Matrixform zusammenhalten soll, d. h. das Glas, das den zweiten Mantel auf beispielsweise den Lichtleitfasern bildet und das leicht ätzbar ist, kann ein Lanthan-Silikatglas sein, welches chemisch mit 0,1 η-Salpetersäure geätzt werden kann. Solch ein Lanthan-Silikatglas kann folgende Bestandteile haben:

Bestandteil	Gewichtsprozent
SiO₂	12 3 48 17 20
Al₂O₁
BaO
B,O,
La₂O₃

Wenn im allgemeinen die Durchmesser der Fasern, die getrennt werden sollen, sich um wenigstens 10°/o unterscheiden, können die Fasern auf geeignete Weise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennt werden. Die einzelnen Anordnungen der Fasern der Bündel, wie sie in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind, können auf verschiedene Weise abgewandelt werden. So sind in den F i g. 9a, 9b, 9c und 9d schematische Querschnitte durch vier andere mögliche Anordnungen der dicken und dünnen Fasern gezeigt, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zum Herstellen faseroptischer Bündel, die aus Fasern mit einem Faserkern und mit einem einen kleineren Brechungsindex aufweisenden Fasermantel bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern verschiedener Durchmesser paraHel in einem Bündel unter Verwendung eines Materials, das in einem Ätzbad löslicher ist als das Material der Fasermäntel, zusammengefaßt werden, dieses Bündel in an sich bekannter Weise zu einem Strang ausgezogen wird, wobei durch das lösliche Material die Fasern unter den Material einen bestimmten Abstand haben, treten Verwindungen in den Faserenden auf, die eine zusätzliche Quelle zur Erzeugung störenden Streulichtes darstellen. . „ , ,

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bündel anzugeben, bei dem sich Fasern sehr viel kleineren Durchmessers verwenden lassen und in einfacher Weise am Bildende des Bündels ein optimaler Überlappungsbereich erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Fasern verschiedener Durchmesser parallel in einem Bündel unter Verwendung eines Materials, das in einem Ätzbad löslicher ist als das Material der Fasermäntel, zusammengefaßt werden, dieses Bündel

schweißt werden und diese Verbindungsschicht am Endabscbnitt des Bü/idels durch Ätzung entfernt wird, wodurch Bildleitfasern von Lichtleitfasern getrennt werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das löslicher als das Material der Fasermäntel ist, vor dem Strangziehen auf den Fasern geringeren Durchmessers als zweiter Fasermantel aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einen Fasern wenigstens 10^r. ₀ größer als der Durchmesser der anderen Fasern gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d ß das lösliehe Material von de.n gesamten Strang mit Ausnahme eines Endabschnitts entfernt wird.