DE2430663B2 - Faserplatte aus einer Vielzahl parallel angeordneter Fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Faserplatte, zusammengesetzt aus einer Vielzahl parallel zwischen zwei Stirnflächen angeordneter Fasern.

Wenn sich in einem optischen System zum Beispiel zwei optisch gekoppelte Faseroptikplatten befinden, treten oft Störungen in der Bildformung auf. Ein Teil dieser Störungen besteht aus durch Linienstrukturen ausgelösten Moire-Effekten, die eine Folge der Art der Stapelung der elementaren Fasern oder Faserbündel in der Faseroptikplatte sind. In bekannten Vorschlägen zur Verringerung dieser störenden Effekte bei Faseroptikplatten wird versucht, bei der Stapelung der elementaren Fasern oder Faserbündel möglichst jede Regelmäßigkeit zu vermeiden. Das Vermeiden jeder Regelmäßigkeit in der gegenseitigen Laße bei einer derartigen Vielzahl von Elementen wie in einer Faseroptikplatte ist jedoch sehr schwierig. Außerdem stellt es einen gewissen Widerspruch dar, auf der einen Seite eine Unregelmäßigkeit in der gegenseitigen Orientierung der Fasern oder Faserbündel anzustreben und auf der anderen Seite eine optimale dichte Stapelung dieser Fasern oder Faserbündel zu erreichen.

Eine unregelmäßige Stapelung kann die Lichtübertragung nachteilig beeinflussen und die Möglichkeit von Lufträumen vergrößern. Ein Zusammendrücken, um dennoch eine gute Vakuumdichte zu gewährleisten, kann wieder Inhomogenität im Faserbündel und infolgedessen andere optische Fehler herbeiführen.

Faseroptikplatten für Fenster bildformender oder bildaufzeichnender Anordnungen müssen fast immer vakuumdicht sein, wobei gerade bei derartigen Anordnungen häufig eine Kopplung mehrerer Faseroptikplatten erforderlich sein wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Faserplatte zu schaffen, bei der die Fasern oder Faserbündel regelmäßig angeordnet sind und sowohl bei einer optimalen dichten Stapelung der Fasern oder Faserbündel als auch bei der Kopplung mehrerer Faserplatten miteinander optische Fehler weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen je vier Fasern eine lichtabsorbierende Faser in einem Leerraum angeordnet ist, der dadurch entstanden ist, daß die Fasern mit einem Querschnitt in Form eines Fünfecks, entstanden aus einem Quadrat mit abgeschnittener Ecke, so angeordnet sind, daß die Schnittkanten der abgeschnittenen Ecken diesen Leerraum umgrenzen und zusammen Faserbündel mit einem quadratischen Querschnitt bilden, daß die Faserbündel in einer Stapellehre in Form eines regelmäßigen Achtecks, dessen Kantenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der Kantenlänge des Faserbündels ist, angeordnet werden, wodurch am Rande der so entstandenen Faserplatte dreieckige Leerräume gebildet werden, und daß wenigstens in einem dieser Leerräume eine

*5 gekennzeichnete Faser angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Faserplatte durch die Regelmäßigkeit im Stapelungsmuster gut homogen und gut vakuumdicht ist und eine gute Packungsdichte hat

so Bei einer Kopplung ist mit Hilfe der gekennzeichneten Faser oder Fasern auf einfache Weise eine gegenseitige Winkelorientierung mit minimalen Störungen einstellbar. Vorzugsweise nehmen die gekennzeichneten Fasern in bestimmten Herstellungsstufen in allen dabei zu verwendenden Faserplatten eine bestimmte Lage im Stapelungsmuster ein.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die gekennzeichneten Fasern aus gefärbten Glasfasern, die in spezifische Lagen eingebaut sind, die bei der Stapelung von Teilelementen (Faserbündel) zu einem Faserstab auftreten. Bei der im Herstellungsverfahren letzten Stapelung von Faserbündeln wird dazu eine zylinderförmige Lehre mit einer spezifischen Geometrie verwendet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte

Ausführungsform einer elementaren optischen Faser,

Fig.2 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer ersten Stapelung dieser elementaren Fasern,

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine im Herstellungsverfahren nächste Stapelung,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer im Herstellungsverfahren letzten Stapelung.

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen Stab gezeichner, der als Ausgangsmaterial zum Aufbauen einer Faserplatte benutzt werden kann. Dieser Stab enthält einen Kern 1 und einen Mantel 2. In praktischen Ausführungen besteht sowohl der Kern als auch der Mantel aus Glas aber zum Beispiel für Anwendung im ultravioletten Strahlungsbereich, kann insbesondere der Mantel auch aus Kunststoff bestehen.

Bei Faseroptikplatten unterscheidet sich das Kernglas vom Mantelglas durch den Unterschied im Brechungsindex. Der Brechungsindex des iCernglases ist dabei höher als der des Mantelglases. Zum Beispiel gilt für das Kernglas η = 1,80 und für das Mantelglas π = 1,49. Bei Faserplatten, die als Kanal verstärkerplatten ausgeführt werden, aber ansonsten völlig analog zu der hier beschriebenen Methode zusammengesetzt und gekennzeichnet werden, unterscheiden sich die beiden Glasarten durch eine größere Löslichkeit des Kernglases in einem Ätzmittel, wodurch, nach einem Ätzverfahren, eine derartige Faserplatte in eine Platte mit durch Mantelglas begrenzten, offenen Kanälen umgewandelt wird.

Im Herstellungsverfahren für eine Faserplatte wird das Mantelglas bei erhöhter Temperatur, einen Kernglasstab gut umschließend gezogen, wobei der mit Kernglasstab in den Querabmessungen verhältnismäßig engen Tolerenzen hergestellt ist. Dabei entsteht, wenn man dem Kernglasstab nach einer bevorzugten Ausführungsform einen Querschnitt in Form eines Fünfecks (Quadrat mit einer abgeschnittenen Ecke) erteilt, ein Monostab mit einem Querschnitt nach F i g. 1, dessen Kantenlänge zum Beispiel 40 mm beträgt, wobei die Schnittkante der abgeschnittenen Ecke 3 ungefähr eine Länge von 10 mm hat.

Dieser Monostab wird anschließend unter Beibehaltung der Form des Querschnittes zu einer Faser mit einer Kantenlänge von zum Beispiel 1,7 mm ausgezogen. Von diesen Monofasern 4 wird darauf ein Faserbündel 5 gebildet (in F i g. 2 dargestellt), das zum Beispiel 16 χ 16 Monofasern 4 enthält. Beim Stapeln der Monofasern mit einem Querschnitt nach F i g. 1 grenzen von jeweils vier Fasern die Schnittflächen 3 aneinander. Hierdurch entstehen Leerräume 6, in denen gemäß einer an sich bekannten Ausführungsform einer Faseroptikplatte eine gefärbte, wenigstens für die anzuwendende Strahlung undurchlässige P'aser angeordnet wird.

Die anschließend zu bildende Faseroptikpiatte weist eine reduzierte Querführung auf. Faseoptikplatten dieser Art weisen eine verringerte Ablenkung der Lichtquanten von der Einfallsrichtung auf und sind als Faseroptikplatten mit zusätzlicher Absorption im Mantelglasbereich bekannt (Faseroptikplatten mit »extra mural absorption«). Soll eine Faseroptikplatte keine zusätzliche Absorption im Mantelglasbereich, also keine »extra mural absorption« aufweisen, sind die Leerräume 6 überflüssig und es kann von einem Monostab ohne abgeschnittene Ecke ausgegangen werden. So wird bei der Herstellung der bereits erwähnten Kanalplatten, aber auch bei der Herstellung von Faseroptikplatten, bei denen eine gewisse Ablenkung der Lichtquanten von der Einfallsrichtung zulässig ist, von vorzugsweise viereckigen Monofasern ausgegangen.

Das Faserbündel 5 wird, wiederum unter Beibehaltung der Form des jetzt quadratischen Querschnittes zu einem Faserbündel ausgezogen, dessen Querschnitt eine Kantenlänge von zum Beispiel 1,6 mm hat Auf diese Weise gebildete Faserbündel 7 (s. F i g. 3) werden darauf zu einem quadratischen Faserbündel 8 zusammengefügt, das zum Beispiel 14 χ 14 Faserbündel 7 enthält Hiernach folgt wieder ein Ausziehen unter Beibehaltung der Form des Querschnittes zu einem Faserbündel 9, dessen Querschnitt eine Kantenlänge von zum Beispiel 1,7 mm hat Diese Faserbündel 9 werden in einer Lehre 10 mit einem achteckigen Querschnitt (nach Fig.4) gestapelt. Diese bevorzugte Ausführungsform für den Querschnitt der letzten Stapellehre bildet ein Achteck, dessen Seiten derart der Querabmessung der Faserbündel 9 angepaßt sind, daß die in Fig.4 angegebenen Abstände A, d. h. jede zweite Seite des Achtecks, gleich einem ganzen Vielfachen der Kantenlänge des Querschnittes der Faserbündel 9 ist Ebenso haben die von den Seiten 12 des Achtecks bestimmten Abstände B eine Länge eines ganzen Vielfachen der Kantcnlänge der an dieser Seite 12 des Achtecks liegenden Faserbündel 9. Die Anzahl der an der Seite 12 des Achtecks liegenden Faserbündel ist vorzugsweise ungerade.

Bei der Stapelung der Faserbündel 9 in einer Lehre mit diesem Querschnitt entstehen dreieckige Leerräume 13 mit einer Kathete von ungefähr 1,7 mm. In einem oder einigen dieser Räume wird jetzt eine gekennzeichnete Faser 14 angebracht. Besonders vorteilhafte Lagen dafür sind die mittleren Räume entlang der Seiten 12. Wenn bei einer ungeraden Anzahl von Faserbündeln entlang den Seiten 12 zwei sich diametral gegenüberliegende Leerräume mit einer gekennzeichneten Faser versehen werden, ist damit eine Orientierungslinie 15 gegeben, die einen Winkel von 45° mit den Seiten der Faserbündel 9 und dadurch mit der ganzen Linienstruktur der Faserplatte bildet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwei gekennzeichnete Fasern derart angeordnet, daß ihre Winkelhalbierenden im Zentrum der Faserplatte einen rechten Winkel bestimmen, nach Fig.4 zum Beispiel eine gekennzeichnete Faser 14 und eine gekennzeichnete Faser 16. Für eine 45°-Orientierung muß eine gekennzeichnete Faser der zweiten Faserplatte dann auf der Winkelhalbierenden dieses Winkels liegen. Bei einer geraden Anzahl von Leerräumen 13 entlang den Seiten 12 ist es vorteilhaft, entlang zwei sich diametral gegenüberliegender Seiten jeweils die zwei mittleren Leerräume mit einer gekennzeichneten Faser zu versehen. Die 45°-Orientierungslinie geht dann durch die Mitte zwischen diesen vier Fasern. Dadurch, daß für die gekennzeichneten Fasern gefärbtes Glas, das zum Beispiel vorzugsweise gleich dem Glas der Lehre 10 ist, verwendet wird, fallen diese Fasern in einer Faserplatte deutlich auf und der einwärts gerichtete Winkel des Dreiecks bestimmt die Orientierung äußerst genau. Eine Färbung der gekennzeichneten Fasern kann zum Beispiel durch Zusatz einiger zehn Prozent Kobalt zum Glasversatz erreicht werden. Da eine regelmäßige Stapelung der Fasern in jedem Fall, also auch ohne das Anbringen der gekennzeichneten Fasern erwünscht ist und die dreieckigen Fasern als Füllfasern sowieso hergestellt und gestapelt werden müssen, besteht die einzige zusätzliche Arbeit, die für die Anwndung der Erfindung

verrichtet werden muß, in dem Herstellen eines Teiles dieser Füllfasern aus gefärbtem Glas. Für die praktische Anwendung der Faserplatte wird die achteckige Form zu einer durch eine Begrenzung 18 bestimmten runden Form abgeschliffen.

Bei optischen Koppeln einer mit gekennzeichneten Fasern versehenen Faseroptikplatte mit einer anderen Faseroptikplatte oder mit einem anderen optischen Element mit einer Linienstruktur kann jetzt eindeutig, und ohne die Moire-Erscheinung als solche wahrzunehmen, die Winkelorientierung mit minimaler Störung eingestellt werden. Auch wenn die Fenster im Betrieb bündig aneinander liegen, kann die Orientierung mit in einiger Entfernung gehaltenen Fenstern eingestellt werden. Ist das zu koppelnde optische Element keine Faseroptikplatte mit gekennzeichneten Fasern, sondern hat dieses Element eine Struktur mit bevorzugten Richtungen, so müssen diese Vorzugsrichtungen bekannt oder erkennbar sein. So kann bei der Verwendung eines Faseroptikfensters als Eingangsfenster für eine Fernsehaufnahmeröhre auf einfache Weise die Drahtrichtung der Gazeelektrode als Orientierungshilfe verwendet werden; dazu kann von der 45° -Orientierung abgewichen werden. Dies gilt ebenso für bildformende Anordnungen, bei denen ein Leuchtschirm in Form von Linien angebracht ist

Das optische, in diesem Falle elektronenoptische Koppeln von Kanalverstärkerplatter. tritt gewöhnlich auf beim Formen der sogenannten »chevron«-Kanalverstärkerplatten. Dabei weisen die Kanäle, in der Achsrichtung betrachtet, eine Krümmung oder einen Knick auf, der dazu dient, eine Rückführung von Ionen durch die Kanäle zu vermeiden, oder die Platten lichtoptisch abzudichten. Eine derartige chevron-Kanalverstärkerplatte kann zum Beispiel durch zwei Kanalplatten gebildet werden, die unter einem spitzen Winkel zur Kanalachse von einem Bündel abgeschnitten und miteinander verkoppelt sind. Wenn dabei von Faserplatten mit gekennzeichneten Fasern ausgegangen wird, können auch hier Moire-Effekte vermieden werden. Übrigens können dabei völlig analog gekennzeichnete Fasern verwendet werden, um anzugeben, in welcher Richtung die Faserkanäle einen Winkel gegenüber den Stirnflächen bilden.

Die gekennzeichneten Fasern müssen dabei aus einer Glasart bestehen, deren Ätzbarkeit durch ein ausgewähltes Ätzmittel der des Mantelglases entspricht

Zum Koppeln zum Beispiel einer Fernsehaufnahme röhre mit einem Faseroptikfenster als Eingangsfenstei und einer Bildverstärkerröhre mit einer Faseroptikplatte als Ausgangsfenster kann der Membranaufbau, wie ir der niederländischen Patentanmeldung 73 09 383 beschrieben, verwendet werden. Dabei liegen die beider Faseroptikplatten im Betrieb unter Federwirkung gegeneinander; deshalb zerstört z. B. ein Verdrehen der

ίο Faseroptikplatten gegeneinander die Fenster. Auf der anderen Seite ist es nicht leicht, in mechanisch nicht-gekoppeltem Zustand den Moire-Effekt zu studieren und zu minimalisieren. Dadurch daß Faseroptikplatten mit gekennzeichneten Fasern verwendet werden kann die optimale Winkelorientierung bei freilieeender Platten eingestellt werden, ohne daß der Moire~Effek1 dabei selbst aufzutreten braucht Wenn keine dritte Struktur vorhanden ist, oder wenn sie unter keinei einzigen Winkelorientierung störend ist werden die Faseroptikplatten vorzugsweise unter einem Winkel von 45° gegeneinander angeordnet

In optischen Systemen kann es nötig seia ein optisches Element rotierbar um die optische Achse des Systems aufzustellen. Ein Beispiel ist eine rotierbar angeordnete Fernsehaufnahmeröhre, bei der eine Rotation der Ablenkfelder um die Röhre nicht ausführbar ist. Hat die Aufnahmeröhre ein Faseroptikfenster als Eingangsfenster und ist in der Anlage noch ein zweites Faseroptikfenster vorhanden, so ist der Moire-Effekt nicht in allen Stellungen minimal. Eine Lösung dafür wird durch die Anwendung zweier Faseroptikfenster nach der Erfindung geboten, die gegenseitig aus Faserbündeln mit unterschiedlichen Kantenlängen bestehen. Ein günstiges Verhältnis für die Querabmessungen ist zum Beispiel ungefähr 1,4 bis 1,9 mm. Bei einer unrichtigen Winkelorientierung können dabei zwar die bereits genannten Störungen auftreten, aber sie sind dann nicht dermaßen störend, daß die Beobachtung des Bildes dadurch ernsthaft erschwert wird. Gewöhnlich findet hier eine Drehung statt bis eine optimale Bildorientieoing gefunden worden ist, und es kann das Objekt bei dieser optimalen Stellung zum Beispiel immer noch derart orientiert werden, daß die Fernsehaufnahmeröhre eine Orientierung mit minimalen Moire-Störungen hat

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Faserplatte, zusammengesetzt aus einer Vielzahl parallel zwischen zwei Stirnflächen angeordneter Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je vier Fasern (4) eine lichtabsorbierende Faser in einem Leerraum (6) angeordnet ist, der dadurch entstanden ist, daß die Fasern (4) mit einem Querschnitt in Form eines Fünfecks, entstanden aus einem Quadrat mit abgeschnittener Ecke, so angordnet sind, daß die Schnittkanten der abgeschnittenen Ecken diesen Leerraum umgrenzen und zusammen Faserbündel (7) (8) (9) mit einem quadratischen Querschnitt bilden, daß die Faserbündel (9) in einer Stapellehre (10) in Form eines regelmäßigen Achtecks, dessen Kantenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der Kantenlänge des Faserbündels ist, angeordnet werden, wodurch aiii Rande äer so entstandenen Faserplatte dreieckige Leerräume (13) gebildet werden, und daß wenigstens in einem dieser Leerräume (13) eine gekennzeichnete Faser (14) angeordnet ist

2. Faserplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei gekennzeichnete Fasern (14) enthält, die die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen, deren rechte Winkel diametral gegenüber liegen, wobei ihre Winkelhalbierenden einen Winkel von 45° mit der Linienstruktur des Stapelmusters bilden.

3. Faserplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gerade Anzahl gekennzeichneter Fasern (14) enthält und daß die Winkelhalbierenden eine Spiegelsymmetrieachse für die gekennzeichneten Fasern bildet.

4. Faserplatte nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei diametral gegenüberliegende Faserpaare aus nebeneinander angeordneten, gekennzeichneten Fasern (14) enthält, die die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen und miteinander einen rechten Winkel umschließen und wobei die Winkelhalbierenden dieser rechten Winkel Mittelsenkrechte auf zwei diametral gegenüberliegende Seiten des Achtecks sind.

5. Faserplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Faseroptikplatte ausgeführt ist.

6. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte durch Ausätzen des Kernmaterials der aus Kern (1) und Mantel (2) bestehenden Fasern als Kanalverstiirkerplatte ausgebildet ist mit Fasern aus Mantelma terial mit offenen Kanälen.