DE2122275C3

DE2122275C3 - Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen Vorrichtung sowie diese Vorrichtung

Info

Publication number: DE2122275C3
Application number: DE2122275A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1970-06-25
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1982-09-16
Also published as: NL168804B; JPS5338623B1; DE2122275A1; US3674452A; NL168804C; GB1319879A; DE2122275B2; NL7105984A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen Vorrichtung, bestehend aus ein'.m Bündel optischer Glasfasern, die teilweise zur Bildüber- ⁴^ tragung und teilweise zur Beleuchtung des zu betrachtenden Objektes dienen, sowie die hiernach erhaltene Vorrichtung.

Nach der US-PS 30 04 368 als relevantem Stand der Technik sind faseroptische Vorrichtungen und das Herstellen derartiger Vorrichtungen bekannt geworden. Nach dieser Patentschrift wird Borsilikatglas als ein Bindemittel für die optischen Fasern angewandt. Das Borsilikatglas ist nur teilweise in Chlorwasserstoffsäure löslich und somit verbleibt zwischen den Fasern ein Kieselsäurerest. Nach dieser Patentschrift wird ein Wasch Vorgang vorgeschlagen und ein ähnlicher Wasch-Vorgang kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwenden eines kieselsäurefreien Bindeglases angewandt werden. Bei einem Auslaugen mit Säure jedoch wird die Gesamtmenge des kieselsäurefreien Bindeglases aus den ungeschützten Teilen ausgelaugt unter Ausbilden eines überlegenen FiberskopeS, Das Material des Bindeglases sollte einen Ausdehnungskoeffizienten und eine Erweichungstemperatur aufweise^ die mit den üblichen Fibergläsern, wie sie zur Bildübertragung angewandt werden, verträglich sind. Geeignete Glastypen sind Flintgläs mit hohem Bfe* chungsindex für die Kerne der Fasern und Kronglas niedrigen Brechungsindex, das das Flintgjas als Umkleidung umgibt, wodurch die Fasern einzeln gegenüber dem Licht im Inneren stark reflektierend gemacht werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so zu verbessern, daß eine verbesserte Bildqualität erzielt wird aufgrund einer guten Ausleuchtung des Beobachtungsgebietes, sowie ein vorzeitiger Verschleiß und damit Minderung der Bildqualität vermieden wird, indem das zum Aufbau des kohärenten Bündels erforderliche Material vollständig entfernt wird.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun erfindungsgemäß in kennzeichnender Weise dadurch gelöst, daß von einem durch ein säurelösliches Glas kohärent gehaltenen Bündel an einem Ende außenliegende Glasfasern mechanisch abgetrennt werden, beide Enden des Bündels durch einen säureunlöslichen Oberzug abgedeckt werden, aus Jem nicht abgedeckten Bereich des Bündels das säurelösliche Glas herausgelöst wird und die abgetrennten Fasern als Bclcuchtungsfasern zusammengefaßt werden. Weitere kennzeichnende Merkmale in verfahrensmäßiger und vorrichtungsmäßiger Hinsicht ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Indem erfindungsgemäß das unmittelbare Beobachtungsgebiet durch eine Beleuchtun^szone umrandet wird, ist eine gate Beleuchtung und somit gute Beobachtung bei entsprechender Bildqualität möglich, und das Anwenden eines kieselsäurefreien Glases bei der Herstellung ermöglicht ein quantitatives Herauslösen desselben, so daß zu einem Abrieb und zu einem Zerbrechen führende mechanische Rückstände nicht verbleiben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines 3ündels kohärenter optischer Fasern;

Fig. 2 eine perspektivische . nsicht, wobei eine äußere Schicht des Bündels an einem Ende desselben weggeschnitten ist;

Fig.3 eine perspektivische Ansicht des Bündels, wobei überzogene Enden vorbereitet für das Auslaugen vorliegen;

Fig.4 einer perspektivischen Ansicht der optischen Fasern im ausgelaugten Zustand, wobei die Enden der Fasern der äußeren Schicht des Bündels von dem verbleibenden Teil des Bündels abgetrennt sind;

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Benutzung \ einer erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung;

Fig.6 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung;

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung.

Die Ergebnisse der einzelnen Arbeitsschntte des erfindungsgemäßen Verfahrers sind in den F i g. I bis 4 dargestellt und bei dem Verfahren erfolgt zunächst ein Herstellen einer fiberoptischen Leitung, wobei eine Mehrzahl, an lichtleitenden Fasern 10 in ein Bündel mit eine? vörherbestinimten geometrischen Konfiguration an dem Ende 12 und einer identischen geometrischen Konfiguration an dem Ende 14 überführt werden. Bei Vorliegen der bildübertragenden Fasern in der gleichen relativen Lage führt das Bündel zu einer genauen

Reproduktion eines von einem Ende durch die Vorrichtung zu dem anderen Ende übertragenen Bildes. Das Bündel der optischen Fasern wird miteinander über deren Längen in dem Bündel mit einem kieselsäurefreien, säurelöslichen Matrixglas verbunden oder verschmolzen, das eine Erweichungstemperatur und Ausdehnungskoeffizienten besitzt, die mit demjenigen der üblichen optischen Fasergläser verträglich sind. Ein Beispiel für ein Bindeglas ist ein Boratglas, das etwa 45% B2OJ, etwa 45% BaO und etwa 8% La₂O₃, wobei sich die Prozentsätze auf der Gewichtsgrundlage verstehen, enthält. Weitere kieselsäurefreie Gläser können dann angewandt werden, wenn dieselben eine Erweichungstemperatur und einen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die mit den entsprechenden Werten des optischen Glases verträglich sind.

Der nächste Arbeitsschritt besteht darin, eine Schicht der äußeren Fasern 16 benachbart zu dem Ende 12 des Bündels maschinell zu entfernen. Dies kann mit der üblichen Ausrüstung der Glasindustrie erfolgen. Hieran schließt sich der Arbeitsschritt des Aufbringens eines säurefesten Überzuges oder Abdeckung 18 über wenigstens einen Teil des verbleibenden Anteils des Endes 12 des Bündels und eines ähnlichen Üb.rzuges 20 auf dem gegenüberliegenden, nicht maschinell behan- 2Ί delten Ende 14 des Bündels an. Diese Abdeckungen verhindern ein Säureauslaugen des Bindematerials für die Glasfasern an beiden Enden des Bündels. Der säurefeste Überzug kann ein Kunststoff. Paraffin oder dgl. sein. w

Nachdem die: Enden vollständig maskiert worden sind, wird das Bündel sodann in Säure eingetaucht und das Glasbindematerial aus den zwischenliegenden, nicht überzogenen Anteilen herausgelaugt. So kann z. B. das kieselsäurefreie, auslaugbare Glas dadurch entfernt werden, daß die Einheit in Salzsäure eingetaucht wird, die das kieselsaurefreie Glas von den Fasern laugt jedoch verbleiben die überzogenen Enden durch das kieselsaurefreie Glas verbunden, wobei die bildübertragenden Fasern in ihrer Lage vorliegen, so daß das identische, vorherbestimmte geometrische Muster der kohärenten rasern in der optischen Leitung an beiden Enden beibehalten wird. Bei dem Herauslaugen des kieselsäurefreien Glases aus den zwischengeordneten Anteilen des Faserbündels können die Fasern 16 auf die Seite des Bündels gewendet werden, wie es in der F i g. 4 durch das Bezugszeichen 16a angezeigt ist. Zwischengeordnete Längen der Fasern des die Abbildung übertragenden Abschnittes des Bündels werden gelokkert, sobald die Säure das kieselsäurefreie Glas aus denselben herauslaugt, siehe in der F i g. 4 das Bezugszeichen 10a. Somit wird das Bündel über den Hauptanteil seiner Länge flexibel gemacht. Es liegt kein körniger Rückstand zwischen den Fasern vor und somit keine nachteilige Beeinflussung durch Fremdstoffe während des Biegens der die Abbildung übertragenden Leitung.

Eine Anwendung der die Abbildung übertragenden Leitung ist in der f 1 g. 5 gezeigt, wobei ein Auge 25 die Betrachtung einer Abbildung wiedergibt die an dem Ende 12 der opiischen Leitung vermittels Übertragung durch die Fasern 10 von einer Abbildung eines Gegenstandes A ausgebildet wird, das an dem Ende 14 der Leitung vorliegt Der Gegenstand wird durch eine elektrische Lampe 28 beleuchtet, wobei das Von der Lampe kommende Licht durch die Gruppe der äußersten Fasern ίδι geleitet und aus dem Ende 14 der Leitung als ein Lichtring austritt, der die die Abbildung übertragenden Fasern 10 umgibt. Die freien Enden der Fasern 16a können zusammen mit der Lampe 28 in einem Gehäuse untergebracht sein.

In der oben angegebenen US-Patentschrift 30 04 'J68 sind fiberoplische Vorrichtungen und das Herstellen derartiger Vorrichtungen beschrieben. Nach dieser Palentschrift wird Borsilikatglas als ein Bindemittel für die optischen Fasern angewandt. Das Borsilikatglas ist nur teilweise in Chlorwasserstoffsäure löslich und somit verbleibt zwischen den Fasern ein Kiesdsäurerest. Nach dieser Patentschrift wird ein Waschvorgang vorgeschlagen und ein ähnlicher Waschvorgang kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwenden eines kieselsäurefreien Bindeglases angewandt werden. Bei einem Auslaugen mit Säure jedoch wird die Gesamtmenge des kieselsäurefreien bindeglases aus den ungeschützten Teilen ausgelaugt unter Ausbilden eines überlegenen Fiberskopes. Das Material des Bindeglases sollte einen Ausdehnungskoeffizienten und eine Erweichungstemperatur aufweisen, die mit den üblichen Fibergläsern wie sie zur Bildübertragung angewandt werden, vertraglich sind. Geeignf>'° Glastypen sind Flintglas mit hohem Rrerhungsindev für die Kerne der Fasern und Kronglas niedrigen Brechungsindex, das das Flintglas als Umkleidung umgibt, wodurch die Fasern einzeln gegenüber dem Licht im Inneren stark reflektierend gemacht werden.

Erfindungsgemäß Können auch andere Konfigurationen der faseroptischen Leitungen und der das Licht übertragenden Faserumkleidung hergestellt werden.

In der F i g. fa ist ein rechtwinkliges Fiberskop, das im Querschnitt entweder rechteckig oder quadratisch ist. gezeigt, das aus einem kohärenten Bündel optischer Fasern 30 verschmolzen mit einem kieselsäurefreien Matrixglas hergestellt ist und an jeder Seite desselben liegen zusätzliche lichtübertragende Fasern 31 und 32 vor. Die Herstellung ist aie gleiche wie bezüglich des kreisförmigen Fiberskop« Es wird kieselsäurefreies Glas für das Verbinden aller Fasern miteinander angewandt. Ein Ende 34 des Faserskops w=ist die zusätzlichen Fasern 31 und 32 entfernt von demselben auf, und zwar ähnlich nach der Anordnung der F i g. 2. un '. es werden sodann beide Enden mit den säurefesten Abdeckungen maskiert. Bei dem Säureauslaugen des kieselsäurefreien Glases aus dem gesamten Bündel mit Ausnahme der maskierten Enden werden die Fasern 31a und 32a freigelegt, und im Anschluß hieran werden dieselben in ein lichtübertragendes Bündel gesammelt. Die Fasern 30a ermöglichen es zwischen deren festgelegten gegenüberliegenden Enden, daß das Bündel gebogen werden kann. Ein Auge 35 zeigt das Betrachten der durch das kohärente Bündel übertragenen Abbildungen an. und eine elektrische Lampe 36 ergibt die Beleuchtung durch die Fasern 31a und 32a zu dem ri-.c Abbildung aufnehmenden Ende des Fiberskops Diese Beleuchtung liegt an gegenüberliegenden Seiten der optischen, die \bbildung übertragenden Fasern 30 vor

Die Konfiguration nach der F1 g. 7 weist eine oktagonaie optische Faserleitung 40 auf, wobei du. Fasern an jeder, Finde in einem vorherbestimmten geometrischen Muster vorliegen, insbesondere liegen die Enden in identischem Muster vor. Das Bündelende 41 ist mit einer Beleuchtung in den Hcken durch die Bündel 42a, 42ö, 42c und 42c/ versehen, Die Bündel werden zunächst mit kieselsäurefreiem Glas gebunden, und die Herstellung erfolgt ähnlich, wie dies bezüglich der F i g. 1 bis 4 erläutert worden ist. Die maskierenden

Abdeckungen werden über das Ende 41 und über das maschinell bearbeitete gegenüberliegende Ende 44 angeordnet, und die Matrix aus dem verbindenden kieselsäurefreien Glas wird sodann vermittels Säure aus dem nicht maskierten Anteil des die Abbildung übertragenden Bündnis und aus den Beteuchlungsbündeln 42a—42t/ herausgelaugt. Die sich ergebenden freien Enden der Bündel 42a—42c/ werden von der Leitung gewendet und in ein Bündel 45 an dessen Seite gesammelt. Eine elektrische Lampe 46 ergibt eine Beleuchtung an allen vier Ecken des Endes 41 der Leitung 40. Das freie Durchbiegen der Längen 40a der

die Abbildung übertragenden Fasern ermöglicht ein Biegen der Leitung. Das Auge 47 gibt das Betrachten von Abbildungen wieder, die zu dem Ende 44 der Leitung übertragen werden.

Wenn dies auch hier nicht gezeigt ist, kann die die Abbildung übertragende Leitung und die Beleuchlungs* fasern in geeigneten Gehäusen, wie allgemein auf dem Gebiet bekannt, eingeschlossen werden. Die Art des Gehäuses, die GröBe der Bündel, deren Längen Usw. werden durch die Anwendung bestimmt, der eine spezielle Einheit zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen Vorrichtung, bestehend aus einem Bündel optischer Glasfasern, die teilweise zur Bildübertragung und teilweise zur Beleuchtung des zu betrachtenden Objektes dienen, dadurch gexennzeichnet, daß von einem durch ein säurelösliches Glas kohärent gehaltenen Bündel an einem Ende außenliegende Glasfasern mechanisch abgetrennt werden, beide Enden des Bündels durch einen säureunlöslichen Oberzug abgedeckt werden, aus dem nicht abgedeckten Bereich des Bündels das säurelösliche Glas herausgelöst wird und die abgetrennten Fasern als Beleuchtungsfasern zusammengefaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das säurelösliche Glas ein Boratglas ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kieselsäurefreies Glas mit Chlorwasserstoffsäure herausgelöst wird.

4. Vorrichtung, hergestellt nach einem der Ansprüche i—3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Beleuchtung dienenden Fasern um den gesamten Umfang des Bündels angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel einen kreisförmigen Querschnitt hat.

6. Vorrichtung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, di."! die der Beleuchtung dienenden Fasern längs wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten des Bündels angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Enden des Bündels die der Beleuchtung dienenden Fasern angeordnet sind.

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