DE3921489A1

DE3921489A1 - Verfahren zur herstellung eines lichtleiters

Info

Publication number: DE3921489A1
Application number: DE19893921489
Authority: DE
Inventors: Werner Stieb; Achim Kaemper; Johann Dr Schulte
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-01-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gut biegbaren Lichtleiters zur Übertragung von Bildern, mit welchem eine Vielzahl von lichtleitenden Kernen, die jeweils von einem Mantel mit gegenüber dem Kern niedrigerer optischer Brechzahl umgeben sind, zu einem Lichtleiter vereinigt wird (DE- Buch "Industrielle Endoskope", Band 25, 1988, Verlag "Die Bibliothek der Zukunft", Seiten 12 bis 21).

Derartige Lichtleiter werden beispielsweise für Endoskope benötigt. Ein Endoskop besteht im Prinzip aus einem Objektiv zur Abbildung eines Objekts, dem Lichtleiter als Übertragungsmedium und einem Okular zur Abbildung des übertragenen Bildes. Die Qualität des Bildes hängt wesentlich vom Auflösungsvermögen des Lichtleiters ab. Zur Beleuchtung des Objekts ist meist noch ein zweiter Lichtleiter an dem Endoskop angebracht.

Bei dem bekannten Verfahren nach dem eingangs erwähnten DE-Buch werden zur Herstellung des Lichtleiters beispielsweise 6000 Einzelfasern vereinigt, von denen jede aus einem Kern und einem denselben umgebenden Mantel besteht, der eine niedrigere Brechzahl als der Kern hat. Die Einzelfasern haben Durchmesser von etwa 10µm oder kleiner. Sie sind daher nur mit erheblichem Aufwand und in relativ kurzen Längen in einen geordneten Verbund zu bringen. Dabei muß außerdem sichergestellt sein, daß die Einzelfasern an beiden Enden des Lichtleiters die gleiche Lage im Querschnitt haben, da die Position an der Einkoppelstelle mit der an der Auskoppelstelle übereinstimmen muß, wenn ein einwandfreies Bild übertragen werden soll. Je mehr Einzelfasern verwendet werden, desto größer werden die Schwierigkeiten. Für eine hohe Auflösung ist aber eine möglichst große Anzahl von Einzelfasern erwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Lichtleiter mit sehr hoher Auflösung auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

- daß zunächst eine der Anzahl der Kerne entsprechende Anzahl von Glasstäben in ein Glasrohr eingebracht wird, deren Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Kerne des fertigen Lichtleiters ist,
- daß anschließend alle Hohlräume innerhalb des Glasrohrs mit einem Puder aus einem Glas, dessen optische Brechzahl niedriger als die der Glasstäbe ist, aufgefüllt werden,
- daß danach das so gefüllte Glasrohr durch Wärmezufuhr zu einer Preform gesintert wird und
- daß der Lichtleiter abschließend mittels einer Ziehvorrichtung durch Verringerung der Abmessungen der Preform aus derselben gezogen wird.

Bei diesem Verfahren werden zur Erzeugung des Lichtleiters Glasstäbe mit relativ großen Abmessungen verwendet, die dementsprechend sehr leicht in festliegender Ordnung in das Glasrohr eingebracht werden können. Die Anzahl der Glasstäbe spielt dabei prinzipiell keine Rolle. Sie ist nur durch die Abmessungen der Preform begrenzt, die nur so groß sein darf, daß daraus noch der Lichtleiter gezogen werden kann. Der für jeden der Kerne benötigte Mantel aus einem Glas mit niedrigerer Brechzahl wird sehr einfach durch das Pulver realisiert, das sich leicht um die zunächst noch locker im Glasrohr liegenden Glasstäbe legt. Auch nach dem Sintern und dem Herunterziehen bleiben die einzelnen Kerne in der vorgegebenen Ordnung, so daß ein quasi endloser Lichtleiter gezogen werden kann, der an jeder beliebigen Stelle geschnitten werden kann. Das zu übertragende Bild ist dadurch bei jeder Länge des Lichtleiters einwandfrei.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen als Ausführungsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Endflächen eines flexiblen Lichtleiters mit gebogenem Verlauf.

Fig. 2 bis 4 Stationen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Lichtleiter 1 so gebogen dargestellt, daß seine beiden Endflächen 2 und 3 zu erkennen sind. In dem Lichtleiter 1 ist eine Vielzahl von lichtleitenden Kernen 4 in einer festliegenden Ordnung angebracht. Damit ist sichergestellt, daß das an beiden Endflächen 2 und 3 schwarz dargestellte Bild unverfälscht von einem Ende zum anderen übertragen wird.

Der Lichtleiter 1 nach Fig. 1 wird beispielsweise wie folgt dargestellt: In ein Glasrohr 5 aus einem Glas beliebiger Brechzahl, wird eine Vielzahl von Glasstäben 6 eingesetzt, deren Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der lichtleitenden Kerne 4 im fertigen Lichtleiter 1 ist.

Es werden so viele Glasstäbe 6 in das Glasrohr 5 eingebracht, daß dasselbe vollständig gefüllt ist. Die Glasstäbe 6 liegen dann zwar dicht an dicht aber dennoch relativ lose nebeneinander. In Fig. 2 sind der Einfachheit halber nur wenige Glasstäbe 6 eingezeichnet, die in ihrer Endposition mit der Oberkante des Glasrohres 5 abschließen.

Die Glasstäbe 6 bestehen aus einem Material, das eine Übertragung des Lichts ohne wesentliche Verluste sicherstellt. Sie können beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 mm haben. Wenn beispielsweise 10 000 derartige Glasstäbe 6 in ein Glasrohr 5 eingesetzt werden, dann wird ein Glasrohr 5 von etwa 55 mm Durchmesser benötigt. Aus einem derart bemessenen Glasrohr 5 läßt sich mit auf dem Markt erhältlichen Ziehvorrichtungen ein Lichtleiter 1 ziehen.

Wenn das Glasrohr 5 mit Glasstäben 6 bestückt ist, wird in dasselbe mittels einer Vorrichtung 7 Puder 8 aus einem Glas eingefüllt, dessen optische Brechzahl niedriger als die der Glasstäbe 6 ist. Durch den Puder 8 werden sämtliche Hohlräume innerhalb des Glasrohres 5 aufgefüllt, d.h. also sowohl die Zwickel zwischen den Glasstäben 6 als auch die Zwickel zwischen dem Glasrohr 5 und den Glasstäben 6. Da die Glasstäbe 6 zunächst noch relativ lose im Glasrohr 5 angeordnet sind, kann sich der Puder 8 so verteilen, daß rund um die Glasstäbe 6 eine dünne Puderschicht entsteht.

Das auf diese Weise gefüllte Glasrohr 5 wird anschließend durch Wärmezufuhr (Pfeile 10 in Fig. 3) gesintert, so daß sich eine Preform 9 ergibt, in der alle Glasstäbe 6 anschließlich einer dünnen Beschichtung untereinander und mit dem Glasrohr 5 zu einer festen Einheit verbunden sind. Aus der Preform 9 wird anschließend nach deren ausreichender Erwärmung (Pfeile 11 in Fig. 4) in üblicher Technik der Lichtleiter 1 gezogen. Das kann in einem kontinuierlichen Arbeitsgang so durchgeführt werden, daß sich je nach Größe der Preform 9 ein nahezu endloser Lichtleiter 1 ergibt. Da die lichtleitenden Kerne 4 in diesem Lichtleiter 1 einwandfrei geordnet sind und bleiben, kann von dem endlosen Gebilde eine beliebige Länge abgetrennt werden, ohne daß eine Verfälschung eines zu übertragenden Bildes zu befürchten ist.

Für die Glasstäbe 6 kann beispielsweise mit Germanium dotiertes Siliziumdioxid verwendet werden. In diesem Fall kann der Puder 8 aus undotiertem Siliziumdioxid bestehen, so daß derselbe eine niedrigere optische Brechzahl als die Glasstäbe 6 hat. Es kann für die Glasstäbe 6 auch undotiertes Siliziumdioxid verwendet werden. Der Puder 8 besteht dann beispielsweise aus mit Fluor dotiertem Siliziumdioxid. Selbstverständlich können auch andere Glasmaterialien verwendet werden, solange für den Puder 8 ein Material eingesetzt wird, dessen optische Brechzahl niedriger als die der Glasstäbe 6 ist.

Zur Herstellung eines Endoskops 1 können prinzipiell auch zwei oder mehr Lichtleiter 1 zu einer Einheit zusammengefaßt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gut biegbaren Lichtleiters zur Übertragung von Bildern, mit welchem eine Vielzahl von lichtleitenden Kernen, die jeweils von einem Mantel mit gegenüber dem Kern niedrigerer optischer Brechzahl umgeben sind, zu einem Lichtleiter vereinigt wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß zunächst eine der Anzahl der Kerne entsprechende Anzahl von Glasstäben (6) in ein Glasrohr (5) eingebracht wird, deren Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Kerne des fertigen Lichtleiters (1) ist,
- daß anschließend alle Hohlräume innerhalb des Glasrohrs (5) mit einem Puder (8) aus einem Glas, dessen optische Brechzahl niedriger als die der Glasstäbe (6) ist, aufgefüllt werden,
- daß danach das so gefüllte Glasrohr (5) durch Wärmezufuhr zu einer Preform (9) gesintert wird und
- daß der Lichtleiter (1) abschließend mittels einer Ziehvorrichtung durch Verringerung der Abmessungen der Preform (9) aus derselben gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Glasstäbe (6) mit Germanium dotiertes Siliziumdioxid und für den Puder (8) undotiertes Siliziumdioxid verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Glasstäbe (6) undotiertes Siliziumdioxid und für den Puder (8) mit Fluor dotiertes Siliziumdioxid verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Lichtleiter (1) zu einer Einheit zusammengefaßt werden.