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Flexible, faseroptische Leitung Es wird eine flexible faseroptische
Leitung geschaffen, die aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter, lichtleitender
Fasern besteht, die insgeamt miteinander benachbart zu gegenüberliegenden Enden
der Leitung vermittels einer Matrix aus kieselerdefreiem, in Säure löslichem Glas.verbunden
sind, wobei dieses verbindende Glas aus dem zwischengeordneten Teil des Bündels
herausgelaugt ist unter Zurücklassen entsprechender Längen der einzelnen Fasern
derselben im nicht verbundenen Zustand und somit frei einzeln flexibel. Kurze Stücke
aus halbflexiblem, wärmegeschrumpftem Kunststoffschlauch umgeben eng die Übergangs
zonen zwischen den nicht verbundenen und verbundenen Teilen der einzelnen Fasern
benachbart zu gegenüberliegenden Enden der Leitung. Diese Schlauchstücke festigen
und schützen die genannten Übergangszonen gegen ein übermäßiges Zerbrechen während
des Anwendens des Leiters als eine der Licht und/oder Bildübertragung diendnden
Vorrichtung.
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Der Erfindungsgegenstand liegt allgemein auf dem Gebiet der Paseroptiken
und speziell der flexiblen Licht und/oder Bildübertragung dienenden Faser-optischen
Leiter.
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Es wurde gefunden, daß flexible, faseroptische Licht- und/oder Bildleiter,
die vermittels Auslaugen von Matrixgläsern aus den Raumen zwischen den Zwischenstücken
der Fasern z.B. nach der Arbeitsweise der US-PS 3 004 368, leicht ein Zerbrechen
der einzelnen Fasern erfahren können und eine hauptsächlihe Ursache hierfür,
so
wurde festgestellt, besteht in dem Kieselerderückstand der Matrixgläser, wie sie
bisher zum Herstellen derartiger Vorrichtungen angewandt worden sind. Kieselerdeteilchen,
die zwischen den ausgelaugten Fasern zurückbleiben aufgrund des Anwendens von VerbindungsgIsern,
die nicht vollständig löslich sind, führen dazu, daß die faseroptischen Bündel einem
Zerbrechen der Fasern leicht zugänglich und somit relativ schlecht sind.
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Bei dem Erfindungsgegenstand, nach dem vollständig lösliche, kieselerdefreie,
säurelösliche Gläser als Fasermatrixmaterial angewandt werden und eine Arbeitsweise
zum Heranziehen derselben bei dem Herstellen ausgelaugter, flexibler, faseroptischer
Leitungen angegeben wird, betrifft nun spezieller Verbesserungen an flexiblen, faseroptischen,
Licht und/oder Bildübertragenden Vortichtungen, und dieselben werden üblicherweise
als Fiberskope bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird ein flexibler, fiberoptischer Lichtleiter verbesserter
mechaischer FEstigkeit und mit verbesserten liehtleitenden und/oder bildübertragenden
Fähigkeiten dadurch hergestellt, daß zunächst eine Menge an Glasfasern hergestellt
wird, die einen Kern mit hohem Brechungsindex, eine Umkleidung mit niedrigerem Brechungsindex
und eine zusätzliche zweite Umkleidung aus Kieselerde-freiem, säurelöslichem Glas
aufweisen. Es werden zahlreiche Stücke der doppelt umkleideten Faser gebündelt Seite-an-Seite
angeordnet und miteinander als -eine Multifaser verschmolzen, wobei deren zweite
Umkleidungen eine verbindende Glasmatrix zwischen den einzelnen Fasern darstellen.
Um die Elementgröße der einzelnen Faserstücke in der Mehrfachfaser auf ein praktisches
oder angestrebtes Minimum zu verringern, wird die Multifaser erhitzt, heruntergezogen
und in relativ kurze Stücke zerschnitten, die gebündelt Seite-an-Seite angeordnet
und wiederum auf wenigstens die Länge und angenähert die Querschnitts größe heruntergezogen
werden, die in dem herzustellenden fiberoptischen Leiter angestrebt wird.
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Die gegenüberliegenden Enden der Stückes der verschmolzenen Multimultifasereinheit
werden mit einem säurefesten Material, wie Wachs, überzogen und die Einheit wird
in eine Ätzlösung ausreichend lange für das Auslaugen der die Faser verbindenden
ilatrixgläser
eingetaucht, die zwischen allen Fasern in den zwischengeordneten nicht überzogenen
Abschnitten der Multimultifasereinheit vorliegen.
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Die nunmehr zwischen den überzogenen gegenüberliegenden Enden flexible
Einheit wird für das Entfernen der Rückstände der Auslauglösung gespült. Die schützenden
Überzüge an den gegenüber liegenden Enden werden entfernt und kurze Stücke eines
vestärkenden, wärmeschrumpfbaren semiflexiblen Kunststoffschlauches über die Enden
des nunmehr flexiblen Licht leiters angeordnet und eingeschrnmpft, und zwar dort,
wo die Übergangsstelle zwischen dem Verschmelzen und der Trennung der Fasern vorliegt.
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Die flexible Leitung kann sodann als solche im Inneren einer schützenden
Umhüllung angeordnet werden, dei mit einer bildausbildenden und bildempfangenden
Linsenanordnung an gegenüberliegenden Enden und/oder in anderer Weise gemaß der
vorgesehenen Anwendung modifiziert ist, versehen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungan dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine bevorzugte erfindungsgemäße
Ausführungsforin; Fig. 2 eine diagrammförmige perspektivische Darstellung einer
Anordnung von Bestandteilen, wie sie bei dem Herstellen optischer Fasern für die
Gewinnung des erfindungsgemäßen flexiblen Lichtleiters geeignet sind; Fig. 3 einen
vergrößerten Querschnitt längs der Linie 2-2 nach der Fig. 2; Fig. 4 eine perspektivisch
ausgeführte diagrammförmige Darstellung der Arbeitsweise zum Herstellen der Multifasern;
Fig. 5 siehe perspektivische diagrammförmige Darstellung einer Einheit, die aus
einer Anzahl nebeneinander angeordneter Multifasern besteht, die für das Ausbilden
des Lichtleiter angeordnet sind; Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines halbfertigen
Lichtleiters;
Fig.7 eine diagrammförmige Darstellung eines Arbeitsschrittes
bei der Bearbeitung des halbfertigen Lichtleiters.
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Unter Bezugnahme auf die Figur 1, wo ein flexibler, faseroptischer
Leiter 10 die allgemeine Bauart des Erfindungsgegenstandes zeigt, besteht der Lichtleiter
aus einer großen Vielzahl nebenainander angeordneter, einzeln lichtisolierter, lichtleitender
Fasern 12.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Fasern 12, die
ursprünglich miteinander über deren gesamte Länge vermittels eines auslaugbaren
Matrixglases verbunden sind, einzeln über den Zwischenabschnitt deren entsprechender
Länge dadurch flexibel gemacht, daß längs derselben das auslaugbare Matrixglas entfernt
wird.
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Das an den gegenüberliegenden Enden des Lichtleiters verbleibende
Xatrixglas hält den integrierenden Charakters des Licht leiters 10 aufrecht.
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Diese geschmolzene Glasbindung hoher mechanisher Festigkeit der Fasern
12 an den gegenüberliegenden Enden des Leiters macht denselben für einen breiten
Bereich von Umweltstemperaturen geeignet, die bis zu den normalen Glaserweichungstemperaturen
reichen.
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Weiterhin stellt das zum Herstellen der erfindungsgemäßen faseroptischen
Lichtleitung angewandte Matrixglas eine säurelösliche Masse dar, die frei an Kieselerde
ist, so daß die Gesamtfestigke--~ und Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Zerbrechen
während des Anwendens des Lichtleiters 10 stark verbessert wird vermittels Vermeiden
des Auftretens von Kieselerde oder anderem Rückstand in den ausgelaugten Abschnitten
des Lichtleiters an oder benachbart zu der Übergangszone zwischen den verschmolzenen
und nicht verschmolzenen Stücken der Fasern.
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Bisher hat das Vorliegen von restlicher Kieselerde und/oder anderen
Niederschlägen, die zwischen den einzelnen getrennten Fasern bei ähnlichen Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik verbleiben, dieselben mangelhaft gestaltet aufgrund deren
Neigung zum Zerbrechen der Fasern bedingt durch Abrieb oder wechselseitige Beeinflussung
bei dem Biegen der Fasern, wie es durch das Vorliegen von restlicher Kieselerde
während des Biegens des Lichtleiters bedingt wird.
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Zusätzlich zu dem Ausschluß eines derartigen abreibenden odernachteilig
eingreifenden Fuckstandes bei der faseroptischen Lichtleitung 10 wird eine Verstärkung
der Übergangszonen, siehe die punktierten Linien 14 nach der Figur 1 vermittels
Abschnitten 16 aus einem wärmeschrumpfbaren, halbflexiblen Kunststoff erreicht,
der eng angepaßt, um die Zonen 14 vorliegt.
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Es versteht sich, daß der Lichtleiter 10, siehe die Figur 1, im Hinblck
auf das vorgesehene Anwendungsgebiet in verschiedener Weise zusätzlich modifiziert
werden kann durch Anwenden einer Umhüllung aus Kunststoff, gewobenem und/oder Gliedermetall
oder dgl., sowie Anpassen der die Abbildung ausbildenden Objektiv- und Okkularlinsensystemen
an den gegenüberliegenden Enden oder vermittels Vorsehen einer Kopplungsanordnung
an diesen Enden für den Anschluß des Lichtleiters, z.B. vermittels eines Lichtrohrs,
an lichtaussendende und lichtempfangende Stationen. Die lichtleitenden Fasern 12
des Leiters 10 können wahllos in deren nebeneinander angeordneten Verhältnis vorliegen,
wodurch der Lichtleiter.einfach als eine lichtempfangende und aussendende Vorrichtung
dienen kann, oder diese Fasern können, wie allgemein bekannt, ihre gegenüberliegenden
Enden in identischen geometrischen Mustern vorgeordnet aufweisen, wodurch der Lichtleiter
als ein optischer Bildüberträger geeignet wird.
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Das Herstellen des Leiters 10 kann in der in den Figuren 2 bis 6 diagrammförmig
gezeigten Weise erfolgen, in denen weitere Einzelheiten bezüglich der baulichen
Merkmale des Licht leiters 10 gezeigt sind.
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Das Herstellen der optischen Fasermasse 12' der Art, wie sie zum Ausbilden
eines Lihtleiters, siehe z.B. Figur 1, geeignet ist, wird dadurch erreicht, daß
ein Stäb 18 aus einem Glas mit hohem Brechungsindex im Inneren eines relativ dünnwandigen
Rohrs 20 aus Glas angeordnet wird, das einen niedrigereren Brechungsindex als das
Glas des Stabes aufweist, sowie das Rohr 20 mit einer Dicke eines Kieselerdefreien,
säurelöslichen Glases 22 umgeben wird.
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Das Glas 22 wird vorzugsweise zunächst in Form langer und dünner Streifen
24 vorgesehen, die das Rohr 20 umgeben und angenähert 15% der gesamten Querschnittsfläche
der Anordnung einschließlich des Stabes 18 und des Rohrs 20 ausmachen. Der Glas
22 kann wahlweise
in Form eines Rohr9 oder eines auf das Rohr 20
aufgebrachten Uberzuges vorliegen. Das Glas 22, das Rohr 20 und der Stab 18 sind
so vorgewählt, daß dieselben verträgliche Ausdehnungskoeffizienten und Erweichungstemperaturen,
besitzen.
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Die Anordnung aus den angegebenen Bestandteilen 18, 20 und dem Glas
22 wird als eine Einheit in der üblichen Weise, wie bei Fiberoptiken erhitzt und
heruntergezogen unter Ausbilden einer optischen Fasergröße, und die Gläser der Bestandteile
18, 20und 24 werden integrierend in die Form eines doppelt umkleideten optischen
Fasermaterials 12 verschmolzen. Ein vergrößerter Querschnitt dieser Anordnung ist
in der Figur 3 wiedergegeben. Dieses optische Fasermaterial 12' besteht aus einem
lichtübertragenden Kern 18' mit Glas hohen Brechungsindex, einer ersten Umkleidung
20' aus Glas mit niedrigerem Brechungsindex, wodurch der Kern 18' gegenüber dem
Licht im Inneren totalreflektierend wird und es liegt eine zweite oderäußere Umkleidung
aus Matrixglas 22 vor, die aus den miteinander verschmiblzenen Streifen 24 gebildet
ist.
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Bei dem Aufbau der Anordnung des Lichtleiters 10 wird das optische
Fasermaterial 12' in Stücke 12" zerschnitten oderzerbrochen, die in geeigneter Weise
in Bündel 28, siehe die Figur 4, vereinigt werden können. Das Bündel 28 wird erhitzt
und in geschmolzene Multifasens 30 heruntergezogen, wobei eine Mehrzahl an Fasern
12, die jeweils aus dem Kern 18' und dem Umkleidungsmaterial 20' des Materials 12'
besteht, miteinander durch das Matrixglas 22 verschmolzen und gleichzeitig deren
Querschnittsgröße verringert wird.
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Um die Querschnittsgröße der einzelnen Fasern noch weiterhin zu verringern
und gleichzeitig die Grundstruktur des-Lichtleiters 10 auszubilden, der eine angestrebte
oder erforderliche relativ große Querschnittsgröße aufweist, wird eine Anzahl der
Abschnitte 32 des Stücks der ì-:ultifaser 30 Seite-an-Seite angeordnet und erhitzt.
Es erfolgt sodann ein Herunterziehen auf die spezielle Querschnitsgröße, siehe Figur
5 bezüglich des Lichtleiters 10 angestrebt wird.
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Dieses Herunterziehen führt zu einem starren Bündel 34 aus einer großen
Anzahl an optischen Fasern 12, die allesamt durch das Matrixglas 22 vrschmolzen
sind Dieses Bündel 34 aus geschmolzenen Fasern 12 wird sodann von der Anordnung
der Abschnitte 32, z.B. längs der
Linie 36, abgeschnitten. Im Anschluß
hieran werden die gegenüberliegenden Enden geschliffen und optisch poliert oder
man beläßt dieselben in diesem Zustand und führt abschließend ein Schleifen und
Polieren durch. In jedem Fall werden die gegenüberliegenden Enden des Bündels 34
in ein säurefestes Material, wie Wachs, eingetaucht oder in anderer Weise überzogen,
um so die schützenden Überzüge 38 zu ergeben. Sodann kann der verbleibende Zwischenteil
des Bündels direkt einer geeigneten Säure für das Auslaugen praktisch des gesamten
Matrixglases 22 ausgesetzt werden, ohne daß sich eine Beschädigung der Fasern 12
oder Entfernen des Matrixglases unter den schützenden Überzügen 38 ergibt.
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Das Auslaugen des Matrixglases 22 wird dadurch erreicht, daßdas Bündel
34 in eine Auslauglösung 40 vorzugsweise in der in der Figur 7 gezeigten Weise eingetaucht
wird, wobei das Bündel 34 sich senkrecht im Inneren eines Tanks 42 erstreckt, der
die Auslauglösung 40 enthält.,Im Anschluß an das Entfernen des Matrixglases 22 wird
das Bündel 34 aus dem Tank 42 entfernt und frei von der Auslauglösung 40 gespült.
Die schützenden Abdeckungen 38 werden dann weggeschmolzen oder in "anderer Weise,
z.B. Auflösen in Chloroform entfernt, und es werden Stücke des wärmeschrumpfbaren
Schlauches 16 an der Anordnung angebracht, wie weiter oben erläutert, wodurch der
flexible Licht leiter 10 nach der Figur 1 hergestellt wird.
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Im folgenden ist die Zusammensetzung, auf der Gewichtsgrundlage eines
sehr zweckmäßigen Matrixglases angegeben: 47 Gew. % Bortrioxid (B2037 45 Gew. z
Bariumoxid (bau) 6 Gew.% Lanthanoxid (La203) Das Entfernen dieses hier beispielsweise
angegebenen, kieselerdefreien Glases gemäß dem oben angegebenen Auslaugen kann in
einer Auslauglösung bestehend aus 5 Vol.% Salzsäure bei einer Temperatur von angenähert
650C durchgeführt werden, wobei es sich natürlich versteht, daß der angegebene Temperaturwert
und Konzentration der Säure, wenn auch hier sehr wirksam für ein Auslaugen, gegebenenfalls
Abänderungen
erfahren können.
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Bei Vorliegen einer Gesairitinenge an keiselerdefreieln Glas in dein
starren Bündel 34 von angenähert 15% der Querschnittsfläche des sehr ben, ist angenähert
eine Stunde Auslaugezeit pro Quadratmillimeter Querschnitt des Bündels erforderlich,
zwecks vollständigem Entfernen des kieseierdefreien Glases. Ein geeignetes Spülinittel
für das Säubern eines Handels 34 von der Salzsäure ist z.B. Azeton.
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es ist insbesondere zu beachten, daß erfindungsgemäß ein kieselerde
freies Glas bei dem Ilerstellen des Lichtleiters 10 angewandt wird, wodurch in dem
fertigen Lichtleiter eine verbesserte Festigkeit und Dauerhaftigkeit erzielt wird
und derselbe verbesserte Fähiykeit zur Lichtleitung und/oder Bildübertragung besitzt
aufgrund des nur geringfügigen Eintretens eines Zerbrechens der Fasern während der
Benutzung, was auf das Nichtvorliegen von Kieseledrückstand und/oder anderen teilchenförmigen
Stoffen zwischen den Fasern der ausgelaugten Anordnung zurückzuführen ist.