DE1958810A1

DE1958810A1 - Faseroptisches Element

Info

Publication number: DE1958810A1
Application number: DE19691958810
Authority: DE
Inventors: Emberson David Lionel; Manley Brian William
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-22
Publication date: 1970-07-16
Also published as: FR2024954A1; NL6917699A; GB1219597A

Description

PHB.31.924 Va/Sp.

Iv;j, Ku»s-DietriAZeil«r

i'*te«iJ.ia«alt "J 95881 0

r: U.V. Philips' Gloeilampenf abrieten

Akte No. PHB-31.924
Anmeldunfl vorni 20. UOV. 1969

"Faseroptisches Element".

Die Erfindung bezieht sich auf ein faseroptisches Element und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elements. Die Erfindung kann insbesondere bei faseroptischen Bildübertragungsfenstern oder Fenstern für Fernsehbildwiedergabe-Elektronenstrahlröhren angewandt werden.

Es ist bekannt, dass die Wirkung faseroptischer Fenster zur Uebertragung von Bildern mit einer hohen Definition durch den Kontrast herabsetzendes Streulicht beeinträchtigt wird, so dass häufig lichtabsorbierendes Material zur Absorption von Streulicht angebracht wird. Dieses Streu-

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licht' tritt insbesondere auf, weil ein Teil der Eingangsstrahlung auf das Glas mit niedriger Brechungszahl (den Mantel) oder auf die Kerne unter Winkeln einfällt, die durch Totalinnenreflexion nicht durchgelassen werden. Dieses Licht wird nicht auf die erwünschte Weise durchgelassen und verbreitet sich durch die ganze Platte, wodurch ein allgemeine Hintergrundbeleuchtung auftritt, die den Kontrast im austretenden Bild herabsetzt.

J Bei bekannten Verfahren wird dieses Streulicht

dadurch verringert, dass:

(a) die ganze Oberfläche jeder Faser von einem absorbierenden Mantel umgeben wird, oder

(b) Fasern aus schwarzem absorbierendem Glas in den Zwischenräumen eines regelmässigen Musters aus überzogenen Fasern angebracht werden.

Diese Verfahren weisen beide bestimmte Nachteile auf.

Im ersteren Falle, in dem die Ganze Faser mit

" einem absorbierenden Material überzogen wird, gibt es die folgenden Nachteile:
(a) Es ist ein durchsichtiger Mantel für die Kerne erforder-

lieh, der eine grössere Dicke hat als notwendig ist, um Uebersprechen zwischen Fasern zu verhindern. Diese grössere Dicke ist erforderlich, damit der absorbierende Mantel mit Rücksicht auf die endliche Eindringung des von den Kernen herrührenden Lichtes in den Mantel (häufig als "löschende Welle" bezeichnet) in genügendem Masse optisch gegenndas

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gewünschte zu übertragende Licht isoliert wird.

(b) Infolge des grossen Verhältnisses zwischen Oberfläche und Volumen bei totaler Aussenabsorption ergeben sich Schwierigkeiten bei der Wahl von Materialien,' die einen genügend hohen optischen Absorptionskoeffizienten aufweisen und sich dennoch nicht aus der für das absorbierende Material erforderlichen Lage zu stark durch den durchsichtigen Mantel zerstreuen und somit die optische Wirkung beeinträchtigen.

Bei der Ausführungsform, wo absorbierende Fasern in den Zwischenräumen angebracht sind: gibt es die folgenden Nachteile:

(c) Die Oberfläche der Zwischenräume bei jedem beliebigen Muster ist beschränkt, so dass ein Maximum für die Menge an absorbierendem Material erhalten wird, die insgesamt in der Platte angebracht werden kann, wobei zum Erhalten einer optimalen Uebertragung ein Teil der Oberfläche überzogen werden muss, mit zusätzlichem Mantelglas, das die schwarzen Fasern umgibt, um eine Verbesserung der optischen Isolierung zu erzielen; Die Gründe für diese Massnahmen wurden bereits unter (A) auseinandergesetzt.

(d) Es gibt technologische Nachteile, die denen unter (b) ähnlich sind, aber nicht so gross sind.

In bestimmten Systemen, insbesondere wenn mehrere Platten hintereinander in Reihe angeordnet sind, wie dies bei Verwendung faseroptischer Platten zur Kopplung mehrerer Bildverstärker der Fall ist, wobei ein Kaskadenverstärker mit hohem Verstärkungsgrad erhalten wird, ist ein befrie digender Kontrast bei niedrigen räumlichen Frequenzen von be-

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sonderer Bedeutung.

Die vorliegende Erfindung schafft ein faseroptisches Bildübertragungselement in Form eines Musters aus lichtdurchlässigen Fasern, die alle den gleichen oder nahezu gleichen Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der erwähnten durchlässigen Fasern durch lichtabsorbierende Fasern mit dem gleichen oder nahezu gleichen Durchmesser wie die durchlässigen Fasern ersetzt wird, welche gleichmässig oder nahezu gXeichmässig verteilt sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass obgleich in einigen Fällen (wenn die numerische Apertur N.A, der Platte grosser,als 1 ist) Streulicht, das durch den Mantel hindurch in die Platte gelangt, auch wieder aus diesem Mantel austritt, dieses Streulicht beim Durchlaufen der Platte nicht einer so beschränkten Bahn folgt, sondern sowohl die Kerne als auch den Mantel durchläuft. Daher kann dieses Licht, das Streulicht ist, gegebenenfalls die absorbierenden Fasern erreichen und teilweise absorbiert werden.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Bildübertragungselements in Form eines Musters aus lichtdurchlässigen Fasern, die alle den gleichen oder nahezu gleichen Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der erwähnten durchlässigen Fasern durch lidtabsorbierende Fasern mit dem gleichen oder nariezu gleichen Durchmesser wie die durchlässigen Fasern ersetzt wird, die gleichmässig oder nahezu gleichmässig verteilt sind. '

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Die absorbierenden Fasern können in dem Muster beliebig oder regelmässig verteilt werden. Der Ausdruck "lichtabsorbierende Faser" umfasst hier auch den durchsichtigen Mantel einer absorbierenden Faser, wenn ein derartiger Mantel vorhanden ist, während auch die "Dicke" einer derartigen Faser einen etwa vorhandenen Mantel umfasst.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, dass das

Ausmass der Aussenabsorption nicht durch die Geometrie des Musters beschränkt wird, wie dies bei dem Verfahren mit Aussenabsorption in den Zwischenräumen der Fall ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung hängt mit

der Notwendigkeit zusammen, die durchlässigen Fasern gegeneinander und gegen den absorbierenden Material zu "isolieren" damit das Auftreten von Verlusten elektromagnetischer Wellen verhindert wird. In diesem Falle können die absorbierenden Fasern auf zweckmässige Weise dadurch isoliert werden, dass jede absorbierende Faser mit einem durchsichtigen Mantel umgeben wird, der genügt, um das unter (c) bereits auseinander gesetzte Problem zu beseitigen.

Wenn die Fasern Abmessungen von weniger als 10 /um aufweisen, werden die gesonderten Absorbierenden Fasern bei der in der obenerwähnten Kaskadenschaltung angewandten Vergrösserung (z.B. 10 Mal) nicht als sichtbare schwarze Punkte wiedergegeben. Nach der Erfindung ist eine Freiheit in der Gestaltung der Platten möglich, wodurch ein Kompromiss zwischen der Uebertragung nach dem Lambert-schen Gesetz und der Kontrastwiedergabe erreicht werden kann. Die Erfin-

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dung lässt sich gleichfalls bei Verfahren anwenden, bei denen zwei oder drei Ziehbearbeitungen durchgeführt werden, obgleich die Vorteile bei den Verfahren mit zwei Ziehbearbeitungen am grössten sind, bei denen die Zwischenräume zu klein und zu zahlreich sind, um mit der Anbringung absorbierender Fasern in den Zwischenräumen günstige Ergebnisse zu erzielen.

Bei einem aus Glas bestehenden faseroptischen

Muster werden die absorbierenden Fasern aus überzogenem oder nichtüberzogenem Glas hergestellt. Wenn ein Mantel angebracht wird, kann er die gleiche oder nahezu die gleiche Brechungszahl wie der Mantel der durchlässigen Fasern oder eine höhere Brechungszahl haben.

Der Ausdruck "Licht" umfasst hier auch unsichtbares Licht, die Ultrarot- und Ultraviolettlicht.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen;

Figuren 1 und 2 die obenbeschriebenen bekannten Verfahren, bei denen jede Faser mit absorbierendem Material umgeben und in den Zwischenräumen absorbierendes Material angebracht wird, und

Figuren 3-5 beispielsweise drei Ausführungsformen nach der Erfindung.

Die Figuren zeigen schematisch Faserplatten vor der letzten Schmelzbearbeitung, bei der die Platte vakuumdicht gemacht wird. Diese letzte Bearbeitung wird den I Fluss der unterschiedlichen Bestandteile, mit denen die verbleiben-

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den Zwischenräume ausgefüllt werden müssen, etwas ändern.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines faseroptischen Bildübertragungssystems, bei dem jede Faser mit absorbierendem Material umgeben ist. Das Kernglas 1 mit hoher Brechungszahl jeder Faser wird von einer Mantelglasschicht 2 mit niedriger Brechungszahl umgeben, deren Dicke genügend ist, um die total absorbierende Schicht 3 optisch gegen das vom Kern zu übertragende Licht zu isolieren.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines faseroptischen Elements mit einem absorbierenden Material, das in Form runder Fasern in den Zwischenräumen in einer hexagonalen engsten Bündelung lichtabsorbierender Fasern angebracht wird. Das Kernglas mit hoher Brechungszahl ist mit 1 bezeichnet, während 2 eine Schicht aus Mantelglas mit niedriger Brechungszahl bezeichnet, deren Dicke genügend ist, um Uebersprechen zwischen den durchlässigen Kernen auf ein Mindestmass herabzusetzen. 3 bezeichnet die in den Zwischenräumen angebrachten Fasern aus absorbierendem GIäs. Diese können mit einer zusätzlichen Mantelglasschicht k überzogen werden, damit diese Stäbe besser optisch gegen das von den Kern her-

rührende Licht isoliert werden. Bei dieser Ausführungsform ist die maximale Oberfläche der Zwischenräume, die mit überzogenen oder nichtüberzogenen runden Fasern ausgefüllt werden können, etwa 4,*J$ der iJesamtoberfläche des Musters.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein dichtes Muster mit hexagonaler Bündelung angewandt wird. Eine zu je neun aus Kern und Mantel bestehen-

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den Einheiten (i-2) wird auf regelmässige Weise durch gleichmassig verteilte absorbierende Fasern 13 ersetzt, die erforderlichenfalls mit einem zusätzlichen durchsichtigen Mantel 14 überzogen werden können, um ihre optische Isolierung gegen das von den Kernen herrührende Licht zu verbessern. Dieser Mantel kann erforderlichenfalls eine Dicke haben, die von der des den Kern 1 mit hoher Brechungszahl umgebenden Mantels 2 verschieden ist, damit Uebersprechen mit benachbarten Kernen verhindert wird.

Fig. k zeigt eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung, bei der zu je neun Fasern eine auf beliebige Weise durch eine absorbierende Faser ersetzt wird; diese absorbierenden Fasern sind nahezu gleichmässig verteilt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die der nach Fig. 3 entspricht und bei der ein Muster aus quadratischen Fasern angewandt wird.

Zusammenfassend werden bei Anwendung der Erfindung die folgende Vorteile erhalten:

1) Die Menge an absorbierendem Material, die in einer Platte angebracht werden kann, kann erheblich vergrössert werden, insbesondere wenn dieses Material mit einem Mantel versehen ist (vgl. z.B. Figuren 3-5 mit Fig. 2).

2) Infolge der grösseren zur Verfügung stehenden Oberfläche kann die schwarze Faser selber mit einer Schicht aus Glas mit niedrigei Brechungszahl überzogen werden, deren Dicke genügend ist, um diese Faser auf zweckmässige Weise gegen die benachbarten lichtdurchlässigen Kerne zu isolieren, wobei die Absorption noch genügend ist, um den Effekt von "Streulicht herabzusetzen.

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3) Die grössere Freiheit in der optischen Gestaltung, die
sich aus den oben angeführten Faktoren 1) und 2) ergibt",
ermöglicht es, einen besseren Kompromiss zwischen Uebertragung nach dem Lambert-schen Gesetz, kollimierter Uebertragung und Kontrastwiedergabe zu erhalten, insbesondere bei
niedrigen räumlichen Frequenzen, die bei der Herstellung
in Reihe zu verwendender Platten am wichtigsten sind.

In der nachstehenden Tabelle werden von einem
praktischen Ausführungsbeispiel die folgenden Werte gegeben:

TABELLE.

(1) Leitende Fasern

Aussendurchmesser des Kernes = 9»2 /um

Aussendurchmesser des Mantels = 10,35 /tun

Brechungszahl des Kernes = 1,85

Brechungszahl des Mantels = 1,487

(2) Absorbierende Fasern

Aussendurchmesser des Kernes ££ 9 /um

Aussendurchmesser des Mantels = 10,35 /um

Claims

PATENTANSPRÜCHE{

N-/ Faseroptisches Bildübertragungselement in Form eines Musters aus Lichtleitfasern, die alle den gleichen oddr nahezu den gleichen Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der erwähnten Lichtleitfasern durch lichtabsorbierende Fasern mit dem gleichen, oder nahezu
chen Durchmesser wie die Lichtleitfasern ersetzt wird, die gleichmässig oder nahezu gleichmässig verteilt sind.

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2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die absorbierenden Fasern einen durchsichtigen Mantel aufweisen.

3· Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der erwähnte Mantel die gleiche oder nahezu gleiche Brechungszahl wie der Mantel der Lichtleiterfasern oder eine höhere Brechungszahl hat.

k. Bildwieder'gabe-Elektronenstrahlröhre mit einem

oder mehreren faseroptischen Bildübertragungselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 3·

5. Röhre nach Anspruch k, die drei Bildverstärkerstufen enthält, welche mittels faseroptischer Bildübertragungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 3 miteinander gekoppelt sind.

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