DE3622565A1 - Baugruppe mit optischen fasern - Google Patents
Baugruppe mit optischen fasernInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft eine Baugruppe mit optischen
Fasern zum Übertragen von Laserstrahlen mit hoher Energie
und eine Koppelvorrichtung zum Ankoppeln einer derartigen
Faserbaugruppe an eine Laserstrahlungsquelle.
Laserstrahlung mit hoher Energie wird zunehmend im
medizinischen Bereich eingesetzt, wobei sie an die zu
bestrahlende Stelle durch eine optische Faserbaugruppe
transportiert wird, deren externe Abmessungen so gewählt
sind, daß sie in ein Endoskop passen und an eine
Laserstrahlungsquelle angeschlossen werden können.
Laserstrahlung mit geringer Energie wird ebenfalls für den
medizinischen Einsatz benötigt, und zwar hauptsächlich für
Beleuchtungszwecke; während jedoch Strahlung mit geringer
Energie durch eine optische Faserbaugruppe mit einem
Faserbündel übertragen werden kann, muß Laserstrahlung mit
hoher Energie über eine einzige Faser übertragen werden
und das Ankoppeln dieser Faser an die
Laserstrahlungsquelle ist von kritischer Bedeutung, wenn
die Faser eine vernünftige nutzbare Lebensdauer aufweisen
soll. Die kollimierte Ausgangsstrahlung der
Laserstrahlungsquelle muß daher durch eine Fokussierlinse
geleitet werden und das Ende der einzelnen optischen Faser
muß in kritischer Weise im Brennpunkt der Fokussierlinse
angeordnet sein, so daß die Laserstrahlung nur auf den
Kernteil der einzelnen Faser auftrifft.
Eine bekannte Form von Koppelvorrichtungen für optische
Fasern enthält eine Fokussierlinse in Kombination mit dem
Einspeisungsende einer einzelnen optischen Faser, um einen
Zapfen zu bilden, der lösbar mit einer Buchse einer
Laserstrahlungsquelle verbunden werden kann, deren
kollimierter Strahlungsausgang durch einen
Verschlußmechanismus geschützt ist. Der
Verschlußmechanismus wird durch die Koppelvorrichtung
geöffnet, wenn letztere voll in die Buchse eingeführt ist.
Diese Art einer Koppelvorrichtung, die in der U.K.
Patentschrift Nr. 20 76 993 beschrieben ist, wurde seit
mehreren Jahren kommerziell verwendet, erfordert jedoch
von Zeit zu Zeit eine Aufarbeitung, da das entfernt
gelegene Ende der einzelnen Faser Verunreinigungsstoffen
in der Nähe der bestrahlten Stelle ausgesetzt ist, und
somit eine Qualitätsverschlechterung erleidet. Daher ist
eine vollständige Ersatzeinrichtung erforderlich, was zu
relativ hohen Kosten führt. Das Sterilisieren dieser Art
von Einrichtung ist nur mit Schwierigkeiten möglich, ohne
die Linse zu beeinträchtigen, muß aber notwendigerweise
bei medizinischen Arbeiten durchgeführt werden, wenn eine
gegenseitige Ansteckung von Patienten vermieden werden
soll.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Baugruppe mit optischen Fasern zur Übertragung von
Laserstrahlung mit hoher Energie anzugeben, deren
Herstellung relativ einfach und kostengünstig ist, um eine
nur einmalige Verwendung zu gestatten, so daß derartige
Baugruppen vorsterilisiert werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft
eine verbesserte Form einer Koppeleinrichtung für eine
optische Faseranordnung zur Übertragung von Laserstrahlung
mit hoher Energie an eine Laserstrahlungsquelle.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6
dargestellte Erfindung gelöst. Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Faserbaugruppe der vorliegenden Erfindung kann einfach
und kostengünstig hergestellt werden, da nur eine
Komponente aus Metall besteht (z. B. ein Abschlußstück aus
Messing), während die anderen aus Kunststoff bestehen,
beispielsweise PTFE oder Polysulfan, und da der
Zusammenbau der Komponenten relativ einfach ist, da der
Kunststoffschlauch im Gleitsitz innerhalb der Bohrung des
Handgriffes angeordnet ist. Während des Zusammenbaus wird
daher ein Ende der Faser durch eine Quetschverbindung an
dem Abschlußstück befestigt, wonach der Handgriff über die
Länge der Faser bis zur Berührung mit dem Abschlußstück
vorgeschoben wird. Die Länge des Schlauchs wird dann über
die Faser geführt und in die Bohrung des Handgriffs
eingeführt. Wenn das Endstück ein getrimmtes Element
darstellt, reicht diese Gleitbewegung aus, um das entfernt
gelegene Ende der Faser freizulegen, das an dem Endstück
befestigt wird; anschließend wird der Schlauch in
umgekehrter Richtung bis zur Berührung mit dem Endstück
aufgeschoben. Ein unter Wärmeeinfluß schrumpfbarer
Kunststoffmantel wird dann aufgebracht und anschließend
auf den Handgriff aufgeschrumpft, um den Schlauch in
seiner endgültigen Lage zu fixieren.
Die optische Faser weist zweckmäßigerweise einen Kern aus
hartem Siliciumdioxid auf und kann mit einem
Kunststoffüberzug versehen sein, über dem ein relativ
dicker Kunststoffüberzug angebracht ist, der die Grundlage
für die Quetschverbindung bildet. Eine geeignete Faserform
wird von Ensign Bickford Inc., 660 Hopmeadow Street,
Simsbury, Connecticut, USA, unter der
Produktbezeichnungsnummer HC-412T hergestellt.
Die Buchse der Laserstrahlungsquelle muß einen relativ
großen Innendurchmesser aufweisen, um die bekannten
Ausführungsformen von Faserbaugruppen aufzunehmen, da die
Fokussierlinse, die Teil dieser Baugruppe ist, einen
Durchmesser aufweisen muß, der ausreichend groß ist, um
von der gesamten kollimierten Laserausgangsstrahlung der
Quelle beleuchtet zu werden. Demgegenüber genügt zur
Aufnahme der Form der Faserbaugruppe der vorliegenden
Erfindung ein relativ kleiner Durchmesser für die Bohrung
der Buchse, in die die Faserbaugruppe eingeführt werden
soll. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer
Adaptereinheit für eine Laserstrahlungsquelle mit hoher
Energie, die es erlaubt, die Quelle zur Abgabe von
Strahlung entweder an eine bekannte Faserbaugruppe
anzuschließen oder unter Verwendung des Adapters an eine
Faserbaugruppe der vorliegenden Erfindung.
Diese weitere Teilaufgabe der Erfindung wird durch
Anspruch 7 gelöst, dessen weitere Ausgestaltungen in den
davon abhängigen Ansprüchen enthalten sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun
beispielshalber mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Baugruppe mit optischen Fasern gemäß der
vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Detail der Baugruppe von Fig. 1 in größerem
Maßstab zeigt;
Fig. 3, 4 und 5 alternative Ausgestaltungen eines weiteren
Details der Baugruppe in Fig. 1 darstellen;
Fig. 6 eine modifizierte Ausgestaltung eines Details der
Baugruppe in Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 die Baugruppe von Fig. 1 darstellt, die in die
Koppelvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung eingeführt ist;
Fig. 8 eine modifizierte Version der Koppelvorrichtung
von Fig. 7 zeigt;
Fig. 9 einen Querschnitt der Einrichtung von Fig. 8
darstellt, und zwar längs der Linie A-A in Fig. 8;
Fig. 10 einen Querschnitt einer Adaptereinheit gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 einen Querschnitt der Einheit darstellt, der
längs der Linien II-II in Fig. 10 gelegt ist;
Fig. 12 die Adaptereinheit darstellt, die in eine
Laserstrahlungsquelle eingeführt ist; und
Fig. 13 eine Wegwerf-Baugruppe mit optischen Fasern
zeigt, die in eine Adaptereinheit eingeführt ist.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 enthält eine
Baugruppe 10 mit optischen Fasern einen röhrenförmigen
Handgriff 1 aus Spritzguß-Kunststoff, an dessen einem Ende
ein röhrenförmiger metallischer Abschluß 2 befestigt ist;
dieser Abschluß 2 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt.
Eine Länge des Kunststoffschlauchs 4 ist an dem anderen
Ende des Handgriffs 1 befestigt, wobei die endgültige Lage
des Schlauchs 4 bezüglich des Handgriffs 1 durch eine
wärmegeschrumpfte Kunststoffmuffe 6 festgelegt ist, und
einen Teil des Handgriffs 1 und einen Teil des Schlauchs 4
überlappt. Am entfernten Ende des Schlauchs 4 ist ein
Endglied 5 vorgesehen, dessen alternative
Ausführungsformen genau in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt
sind. Eine kunststoffüberzogene optische Faser 3 mit
Glaskern ist am Abschluß 2 und am Glied 5 befestigt, und
verläuft innerhalb des Schlauchs 4, des Handgriffs 1 und
des Elements 2. Die Faser 3 ist am Abschluß 2 über eine
Quetschverbindung an der Stelle 8 befestigt, wobei diese
Quetschverbindung so ausgeführt ist, daß der dünnwandige
Teil des Abschlusses 2 bis zur mechanischen Berührung mit
dem Kunststoffüberzug der Faser 3 deformiert wird, wobei
die Deformation aber nicht ausreicht, um die optischen
Eigenschaften der Fasern zu beeinflussen. Das andere Ende
der optischen Faser 3 ist an dem Endstück 5 gemäß
irgendeiner der Konfigurationen befestigt, die später
unter Bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 erläutert werden.
Jedes Ende der Faser 3 ist über eine sehr geringe Länge
vom Kunststoffuberzug befreit und jede der Endflächen der
Faser stellt eine Bruchfläche dar.
Abschluß 2 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt, aus
der ersichtlich ist, daß der Abschluß eine röhrenförmige
Struktur aufweist und aus einem Kopfteil 2 A mit einer
ausgeprägten Vertiefung 2 B besteht, in die das gebrochene
Ende von Faser 3 hineinragt. Das Kopfteil enthält eine
Bohrung 2 C, um die Faser 3 in konzentrischer Weise
festzuhalten. Mit dem Kopfteil 2 A ist in einstückiger
Bauweise ein röhrenförmiger Schaft 2 D verbunden, dessen
Abmessungen einen Preßsitz mit der Bohrung 7 des
Handgriffs 1 bilden, einen dünnwandigen Schaftteil 2 E, der
einstückig mit dem Schaft 2 D ausgeführt ist und die
Quetschstelle 8 enthält.
Um die Faser 3 mit dem Abschluß 2 zu verbinden, wird der
Kunststoffüberzug zu Beginn vom Ende der Faser abgezogen,
die dann in Abschluß 2 eingeführt wird, bis die
abgebrochene Endfläche der Faser genau axial innerhalb der
Vertiefung 2 B liegt. Anschließend wird ein (nicht
dargestelltes) Quetschwerkzeug auf das dünnwandige
Teilstück 2 E angewandt, um den Abschluß 2 auf den
Kunststoffüberzug der Faser 3 zu quetschen. Handgriff 1
wird anschließend über die Länge der Faser 3 geführt und
bis zur Berührung mit Schaft 2 D gezwungen, der
zweckmäßigerweise mit zahnförmigen Erhebungen ausgestattet
werden kann, um ein Lösen zu verhindern. Die erforderliche
Länge des Schlauchs 4 wird anschließend über das freie
Ende der Faser 3 gezogen und so lang über Bohrung 7 des
Handgriffs 1 geführt, bis das freie Ende der Faser 3 aus
dem Schlauch 4 herausragt. Anschließend wird das Endstück
5 an der Faser 3 befestigt und Schlauch 4 in umgekehrter
Richtung bezüglich Handgriff 1 gezogen bis sie Endstück 5
berührt. Schließlich wird eine Länge einer Kunststoffmuffe
aus wärmeschrumpfbarem Material über das Äußere des
Schlauchs 4 geschoben bis es einen Teil des Handgriffs 1
und einen Teil des Kunststoffschlauchs 4 überlappt, und
sodann dem Einfluß von Wärme ausgesetzt wird, um die Muffe
6 an dem gewünschten Ort zum Schrumpfen zu bringen.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 umfaßt eine Form
des Endstücks 15 ein Kopfteil 15 A mit einer Vertiefung
15 B, in der das abgebrochene Ende der Faser 3 liegt, wobei
das Kopfteil 15 A einstückig mit einem relativ dünnwandigen
Schaftteil 15 C ausgeführt ist und der an der Stelle 16
durch Quetschen deformiert wird, so daß er den
Kunststoffüberzug der Faser 3 berührt. Die äußere
Oberfläche des Kopfteils 15 A ist mit Zähnen 15 D versehen,
die in den Kunststoffschlauch 4 eingreifen, um diesen an
Ort und Stelle festzuhalten.
In Fig. 4 ist eine weitere Form des Endstücks 25
dargestellt, das ein Kopfteil 25 A mit einer Vertiefung 25 B
aufweist, um das abgebrochene Ende der Faser 3
aufzunehmen, sowie ein Schaftteil 25 C, das in sich nach
innen erstreckenden Zähnen 25 D ausläuft, die so angeordnet
sind, daß sie den Plastiküberzug der Faser 3 in der Art
von Schraube und Gewinde umfassen. Die äußere Oberfläche
des Kopfteils 25 A ist mit Zähnen 25 E versehen, die in den
Kunststoffschlauch 4 eingreifen.
Fig. 5 zeigt eine weitere Form eines Endstücks 35 in Form
einer Schraubenfeder, deren äußere Abmessungen so gewählt
sind, daß sie in den Kunststoffschlauch 4 paßt und diese
festhält, und deren innere Abmessungen so gewählt sind,
daß sie den Kunststoffüberzug der Faser 3 aufnimmt und
diesen festhält. In diesem Fall ist Schlauch 4 in axialer
Richtung über das Endstück 25 hinaus verlängert, um eine
Vertiefung 35 A für das abgebrochene Ende der Faser 3 zur
Verfügung zu stellen.
Fig. 6 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der
Befestigungsvorrichtung für das entfernt gelegene Ende der
Faser 3, bei der der Kunststoffschlauch 4 in radialer
Richtung mit vier Vertiefungen 38 vorgequetscht ist, und
eine in axialer Richtung liegende Lücke läßt, die
ausreicht, um das Ende der Faser 3 mittig zu lagern, ohne
die Faser zu umfassen. Bei dieser Anordnung wird der
Schlauch 4 nur am Handgriff 1 durch die wärmegeschrumpfte
Muffe 6 gehaltert, wobei Schlauch 4 in axialer Richtung
über die Endstück 38 hinaus verlängert ist, um eine
Vertiefung 39 für das abgebrochene Ende der Faser zu
bilden. Die genaue axiale Länge der Vertiefung 39 ist
relativ unwichtig und kann ausreichend übergroß gewählt
werden, um gegen eine Beschädigung während des Transports
der Baugruppe 10 zu schützen; in diesem Fall wird
vorzugsweise der Benutzer die ungewünschte Länge des
Schlauchs 4 abschneiden, bevor die Baugruppe 10 verwendet
wird, wobei dies leicht durchgeführt werden kann, da
Schlauch 4 aus Kunststoff besteht. Außerdem ist es beim
Zusammenbau der Komponenten für die Anordnung nach Fig. 6
nicht erforderlich, den Schlauch 4 in entgegengesetzter
Weise zu verschieben, da dort kein getrenntes Endstück
vorhanden ist, und somit natürlich keine Gefahr besteht,
daß während der Benutzung der Baugruppe 10 eine Ablösung
des Endstücks erfolgt und dieses verlorengeht, da
überhaupt kein Endstück vorhanden ist.
Die im obigen beschriebene Baugruppe 10 ist ausreichend
billig und leicht herzustellen, so daß sie als
Wegwerfartikel verwendet werden kann. Sie ist außerdem
leicht in Spulenform aufzuwickeln, zu verpacken und zu
sterilisieren, beispielsweise durch eine
Äthylenoxidsterilisation.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 7 wird Baugruppe 10
an eine (nicht dargestellte) Laserquelle über eine
Baugruppe 40 angeschlossen, die ein Buchsenelement 41
enthält, in das das Vorderteil des Handgriffs 1 im
Gleitsitz eingeführt wird. Innerhalb der Buchse des
Elements 41 ist ein fester Endanschlag 42 vorgesehen, der
eine Anschlagfläche 42 A aufweist, gegen die der Abschluß 2
in elastischer Weise von federbelasteten
Feststellvorrichtungen 43 gedrückt wird, die im Element 41
montiert sind, und eine sich in radialer Richtung
erstreckende Schulter 43 A des Handgriffs 1 berühren. Der
Endanschlag 42 weist selbst eine axiale Öffnung auf und
die Oberfläche 42 A wird im Herstellwerk auf einen
kritischen Abstand von einer Fokussierlinse 44
eingestellt, die in einer Halterung 45 so gehaltert wird,
daß ihre optische Achse genau mit der Längsachse der
Buchse ausgerichtet ist, die innerhalb des Elements 41
geformt ist.
Element 41 ist mit einem Abschlußflansch 41 A versehen, der
X-, Y-Einstellvorrichtungen 41 B aufweist, so daß der
Flansch an dem Gehäuse einer (nicht dargestellten)
Laserstrahlungsquelle befestigt werden kann, so daß die
optische Achse der Linse 42 genau mit der Achse der
empfangenen Strahlung ausgerichtet ist.
Eine elektrische Sperrvorrichtung 46 ist am Element 41
befestigt und enthält einen Mikroschalter 46 A, der vom
Abschluß 2 betätigt wird; die Sperrvorrichtung 46 ist
während des Betriebs so ausgelegt, daß die
Laserstrahlungsquelle in Betriebsbereitschaft gesetzt
wird, wenn Baugruppe 10 in Element 41 eingeführt ist, und
um die Laserstrahlungsquelle außer Betriebsbereitschaft zu
setzen, wenn die Baugruppe 10 nicht eingeführt ist.
Es ist bekannt, daß bei medizinischen Anwendungen der Ort,
an den die Strahlung geführt werden soll, eine Vielzahl
von Flüssigkeiten enthält, die bezüglich der optischen
Faser 3 Verunreinigungen darstellen. Um das Bruchende der
Faser von derartigen Verunreinigungen freizuhalten, ist es
wünschenswert, die Endfläche der Faser mit einem oder
mehreren Strahlen von Inertgasen zu umspülen. Um einen
derartigen Gasstrom zur Verfügung zu stellen, enthält
Handgriff 1 eine Öffnung 50, die nach Einführen des
Handgriffs in Element 41 mit einem röhrenförmigen Kanal 51
ausgerichtet ist, an den der Anschluß 52 ein Gas aus einem
(nicht dargestellten) Vorrat abgibt. Eine axiale Strömung
von Gas innerhalb des Elements 41 wird durch
O-Ringdichtungen 53, 54 verhindert. In Handgriff 1
eintretendes Gas strömt längs des ringförmigen Kanals, der
zwischen der Faser 3 und dem Inneren des Schlauchs 4
gebildet wird, und tritt am Ende der Baugruppe über
Endstück 5 aus. Zu diesem Zweck ist das Endstück 15 (Fig. 3)
mit einem ausgeschnittenen Teil 15 E versehen; das
Endstück 25 (Fig. 4) ist mit einem ausgeschnittenen Teil
25 F versehen; und das Endstück 35 (Fig. 5) ist mit
getrennten Spulen versehen, so daß ein schraubenförmiger
Durchgang 35 B entsteht. Im Fall der Fig. 6 bieten die
Umfangsrichtungen zwischen den vier Vertiefungen 38
Durchgänge für die Gasströmung.
Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Koppelvorrichtung 60
ist eine Modifikation der Einrichtung von Fig. 7 und
enthält ein im allgemeinen zylindrisches Element 61 aus
rostfreiem Stahl, in dem eine Bohrung 62 enthalten ist.
Ein Ende der Bohrung 62 ist zur Aufnahme des
zapfenförmigen Abschlußendes einer Baugruppe mit optischen
Fasern ausgerüstet, die, der besseren Klarheit wegen, in
Fig. 8 gestrichelt bei Bezugszeichen 1 dargestellt ist.
Das andere Ende der Bohrung 62 ist zum Anschluß an eine
(nicht dargestellte) Laserstrahlungsquelle vorgesehen und
enthält eine Fokussiervorrichtung für die Laserstrahlung,
die allgemein mit Bezugszeichen 65 dargestellt ist.
Um Element 61 an eine Laserstrahlungsquelle anzuschließen,
ist die Endfläche 61 A des Elements 61 mit drei Buchsen
66 A, 66 B, 66 C versehen, wobei sich die Buchsen 66 B und 66 C
diametral gegenüberliegen und elektrische Anschlüsse
enthalten, deren Funktion im folgenden beschrieben wird.
Buchse 66 A enthält keinerlei elektrische Verbindungen und
dient dazu, die richtige Winkellage des Elements 61
bezüglich der Laserstrahlungsquelle sicherzustellen.
Innerhalb der Bohrung 62 und benachbart zur Oberfläche 61 A
enthält die Fokussiervorrichtung 65 eine Linse 65 A, die
zwischen einer Schraubenfeder 65 B und einem Muffenelement
65 C liegt, wobei das Muffenelement 65 C und die Linse 65 A
beide in einem beschränkten Maß axial innerhalb der
Bohrung 12 gleitend bewegt werden können. Bei dieser
Anordnung drückt Feder 65 B nicht direkt auf die Linse 65 A,
sondern ist zwischen einem Kragen 65 D gehaltert, der gegen
Linse 65 A drückt, und einem Anschlagkragen 65 E, der auf
Bohrung 62 geschraubt ist.
Element 61 trägt an seinem, der Fläche 61 A abgewandten
Ende, eine federbelastete Feststellvorrichtung 70 mit
einem Feststellstift 70 A mit abgerundeter Nase, der radial
in die Bohrung 62 eingreift, um gegen eine flanschähnliche
Anordnung zu stoßen, die einen Teil des Zapfenabschlusses
der Baugruppe 10 bildet, so daß dieser Abschluß innerhalb
der Bohrung 62 mit seiner Endfläche gegen die Muffe 65 C
gedrückt wird. Da die Fokussiervorrichtung 65 A nachgiebig
ist, können daher Abschlüsse von Faserbaugruppen mit
unterschiedlichen Längen in der Bohrung 62 aufgenommen
werden. Dies ist auf die Lage der Feststellvorrichtung 70
und durch das Nachgeben der Feder 65 B bedingt, so daß in
allen Fällen die Linse 65 A in einem vorbestimmten Abstand
von der nahegelegenen Endfläche des Abschlusses angeordnet
ist. Bei der Herstellung der Baugruppe mit optischen
Fasern sind daher die Anforderungen an die kritischen
Abmessungen des Abschlusses herabgesetzt mit Ausnahme der
axialen Position der Endfläche der Faser bezüglich der
Endfläche des Abschlusses. Dadurch vereinfacht sich die
Herstellung der Baugruppe mit optischen Fasern in gewisser
Weise; bezüglich der Koppelvorrichtung 60 muß nur das
Muffenelement 65 C mit kritischen Toleranzen hergestellt
werden.
Um eine Gasströmung (beispielsweise ein Inertgas oder
Luft) längs des ringförmigen Zwischenraums zwischen der
einzigen optischen Faser und der Ummantelung der optischen
Faserbaugruppe zu ermöglichen, ist Element 61 mit einer
Gaseintrittsöffnung 72 versehen, die von einer
O-Ringdichtung 72 A umgeben ist, wobei die Öffnung 72 mit
einem ringförmigen Raum 72 B in Verbindung steht, der sich
um einen Teil der Bohrung 62 in dem Bereich erstreckt, an
dem eine Öffnung in der Ummantelung der Baugruppe 10
vorgesehen ist. Um ein unerwünschtes Entweichen des Gases
aus der Bohrung 62 zu vermeiden, ist eine Gummidichtung 74
in einem vergrößerten Teil der Bohrung 62 vorgesehen; um
diese Dichtung 74 einzupassen und/oder zu ersetzen, ist
Element 61 mit einem abnehmbaren Endteil 61 B versehen,
welches bei Normalbetrieb durch Schrauben 61 C in seiner
Position fixiert ist.
Element 61 ist weiter mit einem um eine Achse drehbaren
Verschluß 76 ausgestattet, der Bohrung 62 bei Abwesenheit
des Abschlusses der Faserbaugruppe unterbricht, so daß bei
unabsichtlichem oder fehlerhaftem Eintritt von
Laserstrahlung in Bohrung 62 ein Austritt der Strahlung
aus Bohrung 62 durch den Verschluß verhindert wird. Der
Verschluß 76 ist mit einer einfachen Drehaufhängung
versehen, so daß beim Einführen der Faserbaugruppe deren
Abschlußende den Verschluß 76 nach oben und aus der
Bohrung 62 herausdreht. Der Verschluß 76 ist mit einer
Rückstellfeder 76 A versehen, um zusätzlich zu
Gravitationskräften sicherzustellen, daß Verschluß 76 in
die Bohrung 62 des Blockes zurückkehrt, wenn der Abschluß
der Faserbaugruppe aus der Bohrung 62 entnommen wird.
Um eine elektrische Sperre für das Steuersystem der
Laserstrahlungsquelle zur Verfügung zu stellen, enthalten
die Buchsen 64 B, 64 C elektrische Anschlüsse, die innerhalb
des Elements 61 miteinander verbunden sind und Teil eines
geschlossenen Schaltkreises sind. Zu diesem Zweck
erstrecken sich elektrische Verbindungen 78 B, 78 C von den
Buchsen 66 B, 66 C zu Schaltkontakten 79 B bzw. 79 C und das
Muffenelement 65 C ist aus einem elektrisch leitfähigen
Material, wie beispielsweise Messing, hergestellt, so daß
das Muffenelement 65 C die Schaltkontakte 79 B, 79 C
überbrückt, wenn kein Abschluß einer Faserbaugruppe
innerhalb der Bohrung 62 vorhanden ist. Wird jedoch ein
derartiger Abschluß in Bohrung 62 eingeführt, so
verschiebt sich Muffenelement 65 C in axialer Richtung und
entfernt somit die überbrückende Verbindung zwischen den
Schalterkontakten 79 B, 79 C. Der elektrische geschlossene
Schaltkreis kann entweder auf der Basis betrieben werden,
daß Muffenelement 65 C einen offenen Schaltkreis oder einen
Kurzschluß zwischen den Buchsen 66 B, 66 C hervorruft. Mit
einem geeigneten Wert eines Widerstandes, der permanent
zwischen den Schaltkontakten 79 B, 79 C geschaltet ist, kann
aber auch eine Unterscheidung auf der Grundlage eines
Spannungspegels erfolgen, um eine unterbrochene
elektrische Verbindung 78 B, 78 C festzustellen, wobei
derartige Leiter in diesem Fall einen Widerstand
aufweisen.
In der Einrichtung 60 können die folgenden Materialien
verwendet werden: der Körper 61 besteht aus rostfreiem
Stahl, das Muffenelement 65 C aus Messing, Kragen 65 D aus
einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Delrin
(eingetragenes Warenzeichen), und derjenige Teil der
Bohrung 62 längs dessen das Muffenelement 65 C axial
verschiebbar ist, wird vorzugsweise mit einem
Delrinüberzug ausgeschlagen. Der Anschlagkragen 65 E
besteht zweckmäßigerweise aus Messing und die
Schaltkontakte 79 B, 79 C werden in einem elektrisch
isolierenden Material, wie beispielsweise Gummi,
untergebracht.
Wie sich am deutlichsten aus Fig. 12 ergibt, enthält die
im allgemeinen mit Bezugszeichen 110 bezeichnete
Laserstrahlungsquelle ein Blechgehäuse 111, durch das eine
Buchseneinheit 112 ragt, deren Bohrung mit dem
Strahlungsausgang eines Lasers 113 ausgerichtet ist. Zur
Ausbildung einer Sicherheitssperre unterbricht ein
gleitender, mechanischer Verschluß 114 die Ausgangsöffnung
115 des Lasers 113, wenn keine Faserbaugruppe in die
Buchseneinheit eingeführt ist. Ein Anschluß 116 zur Abgabe
von Luft oder Inertgas ist an der Wand der Buchseneinheit
112 befestigt und es ist ein Orientierungsstift 117
benachbart zum Verschluß 114 vorgesehen, um die
eintretende Faserbaugruppe in Winkelrichtung auszurichten,
so daß sie eine Verbindung mit dem Anschluß 116 herstellt.
Außen am Gehäuse 111 ist ein Deckelring 118 vorgesehen,
der an seiner Endfläche 118 A eine Indikatormarke trägt,
die die Winkellage des Stiftes 117 anzeigt. Der Deckelring
ist an der Buchseneinheit 112 mit einer
Innensechskantschraube 119 befestigt. Eine ungefähre
Ausrichtung der Indikatormarke auf der Fläche 118 A ist
ohne Schwierigkeiten möglich, da der Teil des Gehäuses
111, auf dem der Ring 118 sitzt, in nicht senkrechter
Weise zur Achse der Buchseneinheit 112 geneigt ist,
während die Endfläche 118 A senkrecht zur Achse der
Buchseneinheit 112 liegen soll. Innerhalb des Gehäuses 111
ist die Wand der Buchseneinheit 112 mit einem
federbelasteten Kugelelement 120 versehen, das als
Feststellvorrichtung zum Zurückhalten einer optischen
Faserbaugruppe der bekannten Art dient (d. h., die ihre
eigene Fokussierlinse enthält), wenn eine derartige
Baugruppe eingeführt wird. Es versteht sich, daß das
Vorderteil dieser Baugruppe die Nockenfläche des
Verschlusses 114 berührt, um den Verschluß 114 in radialer
Richtung zu verschieben, so daß die Ausgangsöffnung 115
des Lasers 113 für die Faserbaugruppe freigegeben wird.
Um die Laserquelle 110 zur Aufnahme einer Faserbaugruppe
nach der vorliegenden Erfindung vorzubereiten, ist eine
Adaptereinheit 130, die getrennt in den Fig. 10 und 11
dargestellt ist, auf die Buchseneinheit 112 aufgesetzt und
in diesem Zustand in Fig. 12 dargestellt.
Einheit 130 enthält eine röhrenförmige Trommel 131 mit
einer darin untergebrachten Fokussierlinse 132, die
zwischen einem verschiebbaren Abstandselement 133 und
einer Anordnung 134 liegt, die zur Aufnahme einer Feder
dient. Die Trommel 131 ist an ihrem anderen Ende
verschiebbar an einem Deckelring 135 befestigt, und zwar
mittels einer Stift- und Schlitzverbindung 136, und ein
Paar von verriegelbaren, federbelasteten
Feststellvorrichtungen 137, 138, die bei Abwesenheit einer
Faserbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung in
Positionen verriegelt sind, die sich radial nach außen
erstrecken; dies wird im folgenden noch genauer
beschrieben. Die Einheit 130 wird an der Buchseneinheit
112 befestigt, indem zuerst der Deckelring 118 (Fig. 12)
abgenommen wird und anschließend Trommel 131 in die
Bohrung der Buchseneinheit 112 eingeführt, und Deckelring
135 mit der Innensechskantschraube 139 an der Endfläche
135 A des Deckelrings befestigt wird, der ungefähr
senkrecht zur Achse der Buchseneinheit 112 angeordnet ist.
Diese Lage ist in Fig. 12 dargestellt, aus der ersichtlich
ist, daß die Endfläche 131 A der Trommel 131 nicht in
Kontakt mit dem Verschluß 114 steht, so daß bei
Abwesenheit der Faserbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung eine mechanische Sperre gegen das Austreten von
Laserstrahlung aus der Einheit 130 besteht.
In Fig. 12 ist die nach innen gerichtete axiale Bewegung
der Trommel 131 durch die verriegelbaren
Feststellvorrichtungen 137, 138 verhindert, die deutlicher
in Fig. 11 dargestellt sind. Diese Feststellvorrichtungen
werden durch Stäbe 141, 142 verriegelt, die von sich in
radialer Richtung erstreckenden Armen 143, 144 getragen
werden; diese sind an einem Abstandselement 133 befestigt.
Wenn eine Faserbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung
in die Adaptereinheit 130 eingeführt wird und dabei das
Abstandselement 133 berührt, bewirkt die axiale Bewegung
dieses Elementes, daß die Stäbe 141 aus der Berührung mit
den Feststellvorrichtungen 137, 138 weggezogen werden, so
daß die weitere Bewegung der Baugruppe eine Bewegung der
Trommel 131 in Richtung auf den Laser 113 erfolgt. Die
Feststellvorrichtungen 137, 138 werden dabei radial nach
innen über eine Nockenwirkung gegen die Nockenoberflächen
des Deckelrings 135 bewegt, so daß sie hinter einem
vorspringenden Rückhaltegebilde eingreifen, das auf der
Faserbaugruppe ausgebildet ist. Während der Bewegung der
Feststellvorrichtungen 137, 138 von ihrer radial am
weitesten außenliegenden zu ihrer radial am weitesten
innenliegenden Stellung, bewirkt die axiale Verschiebung
der Trommel 131 eine Gleitverschiebung des Verschlusses
114, um so die Ausgangsöffnung 115 des Lasers 113
freizumachen.
Die Funktion des Stiftes 117 besteht darin, die Trommel
131 in radialer Richtung so auszurichten, daß der Anschluß
116 mit den Gasdurchgängen 145 ausgerichtet ist, die in
der Trommel 131 ausgebildet sind. Ein Austreten des Gases
aus der Bohrung der Trommel 131 wird einerseits wirksam
durch das Abstandselement 133 und andererseits durch eine
gummiüberzogene Abdeckung verhindert.
Fig. 13 zeigt eine Faserbaugruppe 150 gemäß der
vorliegenden Erfindung, die auf die Adaptereinheit 130
aufgesetzt ist, wobei die letztere im Querschnitt
entsprechend Fig. 11 dargestellt ist, um die Bedingung der
Stäbe 141, 142 bezüglich der Feststellvorrichtungen 137,
138 darzustellen, während der Verschlußmechanismus 114 in
seiner offenen Stellung dargestellt ist, bei der die
Laserausgangsöffnung 115 ungeschützt ist. Es ist dabei
klar, daß diese Anordnung des Verschlußmechanismus 114 nur
der Klarheit wegen in der Position von Fig. 13 dargestellt
ist, während er in Wirklichkeit senkrecht zu der
Darstellung in Fig. 13 liegt. Die Faserbaugruppe 150
enthält eine einzige optische Faser, die innerhalb einer
flexiblen Umhüllung 151 liegt, die ihrerseits mit einem
aus starrem Kunststoff bestehenden Handgriffteil 152
verbunden ist, der externes Profil aufweist und mit einem
metallischen Abschlußende 153 versehen ist, in dem das
abgebrochene Ende der einzelnen optischen Faser liegt.
Dieses Abschlußende stößt gegen das Abstandselement 133
und bewirkt eine Kompression der Anordnung 134 zur
Halterung einer Feder. Während das Abschlußende 153 gegen
das Abstandselement 133 drückt, liegt das abgebrochene
Ende der einzelnen optischen Faser in einem vorbestimmten
Abstand von der Fokussierlinse 132, nämlich im Abstand der
Brennweite der Linse 132. Wenn das Abschlußende 153
anfänglich gegen das Abstandselement 133 drückt, bewirkt
die anfängliche Bewegung des Abstandselements 133, daß die
Stäbe 141, 142 von den Feststellvorrichtungen 137, 138
zurückgezogen werden. Das weitere Einführen des
Handgriffteils 152 bewirkt, daß die Trommel 131 bezüglich
des Deckelringes 135 in Richtung auf den
Verschlußmechanismus 114 wandert, da die Verriegelung der
Feststellvorrichtungen 137, 138 nicht mehr besteht. Diese
Feststellelemente 137, 138 haben eine elastische
Vorspannkraft in radial nach außen gerichteter Richtung
und werden radial nach innen durch eine Nockenbewegung
gedrückt, die von den inneren Oberflächen des Deckelrings
135 ausgeübt wird, so daß Teile der Feststellvorrichtungen
137, 138 radial nach innen auf die Bohrung der Trommel 131
hinter einer in radialer Richtung vorstehenden Schulter
152 A vordringen, die Teil des Handgriffs 152 ist, und auf
diese Weise die Faserbaugruppe 150 innerhalb der
Adaptereinheit 130 befestigen. Während dieser Bewegung der
Trommel 131 berührt die Endfläche 131 A der Trommel die
abfallende Nockenfläche des Verschlußmechanismus 114 und
bewirkt, daß der Verschlußmechanismus sich in radial nach
außen gerichteter Richtung bewegt, um die Abdeckung der
Öffnung 115 freizumachen. Wenn der Verschlußmechanismus
seine äußerste Stellung erreicht hat, berührt er einen
Mikroschalter 154, der eine elektrische Sperre darstellt
und den Betrieb des Lasers 113 freigibt. Der
Verschlußmechanismus 114 ist eine plattenähnliche
Struktur, die zur Gewichtsersparnis einen großen
kreisförmigen Ausschnitt in ihrem nichtschützenden Teil
aufweist.
Es ist nun deutlich geworden, daß es die Adaptereinheit
130 ermöglicht, Faserbaugruppen nach der vorliegenden
Erfindung mit einer Laserquelle 110 zu verwenden, die
ursprünglich für den Einsatz mit Faserbaugruppen der
bekannten Art ausgelegt wurde, und zwar ohne Änderung der
mechanischen und elektrischen Verriegelungsvorrichtungen.
Ist also die Adaptereinheit 130 auf die Quelle 110
aufgesetzt, so verhindert der Verschlußmechanismus, der
Öffnung 115 schützt, daß Laserausgangsstrahlung austritt.
Wenn jedoch eine Faseranordnung 150 gemäß der vorliegenden
Erfindung in die Einheit 130 eingeführt wird, ist die
Laserquelle 110 voll betriebsfähig. In ähnlicher Weise
wird beim Zurückziehen einer Faserbaugruppe 150 gemäß der
vorliegenden Erfindung von der Adaptereinheit 130 die
Trommel 131 von dem Verschlußmechanismus 114 weggezogen,
der in seine Schutzposition für Öffnung 115 zurückkehrt.
Bei Entfernen der Faserbaugruppe 150 kehren auch die
Feststellvorrichtungen 137, 138 in ihren verriegelten
Zustand zurück, indem Trommel 131 mit dem Deckelring 135
verriegelt ist.
Claims (9)
1. Eine Baugruppe mit optischen Fasern zur Übertragung
von Laserstrahlung mit hoher Energie,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Baugruppe (10) einen röhrenförmigen
Kunststoffhandgriff (1) aufweist, an dessen einem Ende ein
röhrenförmiger metallischer Abschluß (2) vorgesehen ist,
und an dessen anderem Ende ein Stück eines
Kunststoffschlauchs (4) befestigt ist, wobei das entfernte
Ende des Schlauches (4) eine Endkonfiguration (5)
aufweist, sich eine einzige kunststoffbeschichtete
optische Faser (3) mit einem Glaskern durch das Innere des
Abschlusses (2), des Handgriffs (1), des Schlauches (4)
und der Endkonfiguration (5) erstreckt, und an dem
Abschluß (2) befestigt ist, daß der Kunststoffschlauch (4)
im Gleitsitz innerhalb der Bohrung (7) des Handgriffs (1)
verläuft, und am Handgriff (1) durch eine
wärmegeschrumpfte Kunststoffmuffe (6) befestigt ist, daß
die Faser (3) an jedem Ende eine Bruchfläche aufweist, und
bezüglich des Abschlusses (2) genau positioniert ist mit
Hilfe einer Quetschbefestigung (8) des Abschlusses (2) auf
dem Kunststoffüberzug der Faser (3).
2. Eine Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endkonfiguration (5) durch
Vorquetschen (38) des Kunststoffschlauches (4) erzeugt
wurde oder mit Hilfe eines getrennten Elements (15), das
eine einzelne Faser (3) im Kunststoffschlauch (4) mittig
anordnen kann.
3. Eine Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Handgriff (1) auf seiner äußeren
Oberfläche einen Flansch (43 A) aufweist, der in einem
vorbestimmten Abstand vom Abschluß (2) angeordnet ist, so
daß der Handgriff (1) in elastischer Weise mit seinem
Abschluß (2) gegen einen mechanischen Anschlag (42)
gedrückt werden kann, der zu einer Laserstrahlungsquelle
gehört, um das gespaltene Faserende genau im Brennpunkt
der eintreffenden Laserstrahlung zu positionieren.
4. Einrichtung zum Koppeln einer optischen Faserbaugruppe
(10) nach Anspruch 1 an eine Laserstrahlungsquelle,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40) ein
Element (41) enthält, das eine Buchse zur Aufnahme des
Handgriffs (1) und des Abschlusses (2) der Baugruppe (10)
enthält, einen Anschlagkragen (42), der in der Buchse
gehaltert ist und eine Anschlagfläche (42 A) aufweist, die
in einem vorbestimmten Abstand von einer Fokussierlinse
(44) liegt, die in der Buchse gehaltert ist, wobei die
optische Achse der Linse (44) mit der Längsachse der
Buchse ausgerichtet ist, und daß Vorrichtungen (41 A, 41 B)
vorgesehen sind, um das Element (41) am Gehäuse einer
Laserstrahlungsquelle zu befestigen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine elektrische Sperreinrichtung (46) mit einem
Mikroschalter (46 A) auf dem Element (41) montiert und so
angeordnet ist, daß es zur Freigabe oder Sperre der
Laserstrahlungsquelle verbunden werden kann entsprechend
der Anwesenheit oder der Abwesenheit der Faserbaugruppe
(10), die in die Buchse eingeführt ist, wobei der
Abschluß (2) die Anschlagfläche (42 A) berührt.
6. Einrichtung zum Koppeln einer optischen
Faserbaugruppe zur Übertragung von Laserstrahlung mit
hoher Energie von einer Laserstrahlungsquelle, wobei die
Faserbaugruppe an ihrem einen Ende einen zapfenförmigen
Abschluß (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Einrichtung (60) ein Element (61) enthält, in
dem eine Bohrung (62) zur koaxialen Aufnahme des
Zapfenabschlusses (1) an einem Ende der Bohrung (62)
vorgesehen ist, und eine Fokussiervorrichtung (65) für
die Strahlung, die koaxial am anderen Ende der Bohrung
(62) angeordnet ist, wobei das andere Ende der Bohrung
(62) zur Ankopplung an eine Laserstrahlungsquelle
ausgerüstet ist, daß das Element (61) eine
Feststellvorrichtung (70) enthält, die sich in radialer
Richtung in die Bohrung (62) an deren einem Ende
erstreckt, um einen Zapfenabschluß (1) festzuhalten, daß
die Fokussiereinrichtung (65) eine Fokussierlinse (65 A)
für Laserstrahlung aufweist, die zwischen einem
Muffenelement (65 C) und einer elastischen
Vorspannvorrichtung (65 B) angeordnet ist, wobei die
Abmessungen des Muffenelements (65 C) so vorbestimmt sind,
daß beim Anstoßen eines Zapfenabschlusses (1) gegen das
Muffenelement (65 C) die Fokussierlinse (65 A) in einem
vorbestimmten Abstand von der nahegelegenen Endfläche des
Abschlusses (1) liegt, und daß die elastischen
Vorspannvorrichtungen (65 B) Abschlüsse von verschiedenen
Längen aufnehmen, die in der Bohrung (62) durch die
Feststellvorrichtung (70) festgehalten werden.
7. Eine Adaptereinheit für eine Laserstrahlungsquelle
(110) mit hoher Energie, die eine kollimierte
Laserstrahlung längs der Bohrung einer Buchseneinheit
(112) abgibt, die durch einen Verschlußmechanismus (114)
dagegen geschützt ist, Laserstrahlung bei Abwesenheit
einer Faserbaugruppe (150) abzugeben, dadurch
gekennzeichnet, daß die Adaptereinheit (130) eine
röhrenförmige Trommel (131) aufweist, in der eine
Fokussierlinse (132) enthalten ist, die zwischen einem
verschiebbaren Abstandselement (133) und einer
elastischen Halterung (134) liegt, daß die Trommel (131)
im Gleitsitz innerhalb der Bohrung der Buchseneinheit
(112) liegt, und durch einen Deckelring (135) gehaltert
wird, der an der Buchseneinheit befestigt werden kann,
daß die Trommel (131) und der Deckelring (135) durch eine
Anordnung (136, 137, 138) miteinander verbunden sind, zu
denen eine verriegelbare Feststellvorrichtung (137, 138)
gehört, die im verriegelten Zustand eine axiale Bewegung
der Trommel längs der Bohrung der Buchseneinheit in
Richtung auf den Verschlußmechanismus (114) verhindert,
daß Auslösemechanismen (141-144) für die Verriegelung
innerhalb der Trommel (131) vorgesehen und mit dem
verschiebbaren Abstandselement (133) verbunden sind, und
daß die Anordnung so gewählt ist, daß die Bohrung der
Trommel (131) Abmessungen aufweist, um eine
Faserbaugruppe gemäß Anspruch 1 aufzunehmen, die bei
Einführung das verschiebbare Abstandselement (133) in
axialer Richtung verschiebt, um den Auslösemechanismus
(141-144) vor der Verriegelung zu betätigen und die
Verschiebung der Trommel (131) relativ zum Deckelring
(135) bis zur Berührung mit dem Verschlußmechanismus
(114) zu ermöglichen.
8. Eine Adaptereinheit nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die verriegelbare
Feststellvorrichtung (137, 138) in der Trommel (131)
gehaltert ist und ein Teilstück aufweist, das in die
Bohrung der Trommel eindringt, wenn der
Auslösemechanismus (141-144) für die Verriegelung
betätigt wird, wobei das Teilstück dazu dient, eine
Faserbaugruppe in der Bohrung der Trommel festzuhalten.
9. Adaptereinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Verbindung
(136-138) eine Stift- und Schlitzverbindung (136)
enthält, mit der die Bewegung der Trommel (131) weg vom
Verschlußmechanismus (114) begrenzt wird.
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