DE4212392A1 - Lichtleiter mit flüssigem Kern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter, mit einem Schlauch, in welchem eine lichtleitende Flüssigkeit eingeschlossen ist, und der endseitige transparente Fenster zum Ein- und Auskoppeln von Licht aufweist, und mit einem Anschluß für eine Flüssigkeitsreinigungs­ vorrichtung. Ein solcher Lichtleiter wird auch als Licht­ leiter mit flüssigem Kern bezeichnet.

Derartige Lichtleiter mit flüssigem Kern dienen speziell zur Übertragung von Licht hoher Intensität. Während bei einer Lichtleiterfaser ein Kern aus Glas und ein eben­ falls aus Glas bestehender Mantel vorgesehen sind, be­ besteht hier der Lichtleiter aus einem flüssigen Kern und einem transparenten Schlauch. Die Brechungsindizes der Flüssigkeit und des Mantels sind wie bei einer Licht­ leiterfaser derart verschieden voneinander, daß das Licht in der Flüssigkeit gehalten wird.

Nach längerer Standzeit dringt in derartige Lichtleiter Wasserdampf ein. Bei der Übertragung von Licht hoher Intensität bilden sich in der lichtleitenden Flüssig­ keit spezielle Verbindungen, die Licht absorbieren, insbesondere UV-Licht absorbieren.

Um die Dämpfung des Lichtleiters möglichst gering zu halten, ist hierzu vorgeschlagen worden, die Flüssig­ keit des Schlauches mit Hilfe eines Reinigungs­ kreislaufes zu reinigen (DE-OS 23 52 670; 24 33 218; 42 00 886). Bei den bekannten Vorschlägen sind die Mittel zum Einleiten und Ausleiten der Flüssigkeit in den Schlauch bzw. aus dem Schlauch in einem der zum Einkoppeln und Auskoppeln des Lichts vorgesehenen, end­ seitigen Fenster ausgebildet. Diese Anschlüsse für die Reinigungsvorrichtung beinhalten Bohrungen und Nuten in dem betreffenden Fenster.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Anschlüsse die Lichtübertragungseigenschaften des Lichtleiters abträglich beeinflussen, da an den Bohrungen eine Licht­ streuung und -absorption erfolgt. Speziell bei Licht­ leitern mit kleinen Durchmessern geht eine nicht unbe­ trächtliche Menge an Lichtleistung verloren.

Im Extremfall können die hohen Lichtintensitäten zu einer Zerstörung der mit Mitteln zum Einleiten und Aus­ leiten von Flüssigkeit versehenen Fenster führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Licht­ leiter der oben genannten Art derart auszubilden, daß die zum Reinigen der Flüssigkeit in dem Schlauch vorge­ sehenen Mittel die Lichtübertragungseigenschaften des Lichtleiters nicht abträglich beeinflussen können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Anschluß radial an einer schlauchseitigen Stelle bezüglich der Fenster angeordnet ist. Durch diese Maß­ nahme wird erreicht, daß die beiden Fenster an der Einkoppelseite und der Auskoppelseite des Lichtleiters mit keinerlei Bohrungen, Nuten und anderen Elementen ver­ sehen sind. Damit können die Fenster bei hoher Haltbar­ keit voll ihre Funktion der Lichtübertragung aus der Luft in die Flüssigkeit und aus der Flüssigkeit in die Luft übernehmen.

Der "Anschluß" gemäß der Erfindung kann in vielfältiger Weise ausgestaltet sein. Die Ausgestaltung des An­ schlusses hängt unter Umständen auch von der Ausbildung der Fenster ab. In einer Ausführungsform ist zumindest eines der Fenster, und sind vorzugsweise beide Fenster als transparente Stopfen ausgebildet. Diese Stopfen werden einfach in die Schlauchenden eingeschoben, um die Flüssigkeit frei von Luft und anderen Fremdstoffen in dem Schlauch einzuschließen. Der radiale Anschluß befindet sich dann direkt hinter einem Fenster oder hinter beiden Fenstern, oder aber in irgendeinem Mittel­ bereich des Schlauches.

In einer speziellen Form kann z. B. an jedem Schlauch­ ende eine Fassung sitzen, die eine Radialöffnung des Schlauchs mit einem druckseitigen bzw. einem saug­ seitigen Ende einer Umwälzpumpe verbindet. Die den licht­ leitenden Kern bildende Flüssigkeit wird also in Längs­ richtung des Lichtleiters bewegt und mit an die Fassungen gekoppelten Schläuchen von der Umwälzpumpe zirkuliert, wobei der Pumpe eine Filteranordnung vor- oder nachge­ schaltet ist.

Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn beide Enden oder zumindest ein Ende des Schlauches leicht zugänglich ist.

Wenn dies nicht der Fall ist, kann erfindungsgemäß der die lichtleitende Flüssigkeit enthaltende Schlauch zu­ mindest streckenweise auch von einem Außenrohr oder einem Außenschlauch umgeben sein, dessen Inneres mit dem Inneren des lichtleitenden Schlauches strömungs­ verbunden ist, und der an die Reinigungsvorrichtung angeschlossen ist. Der Außenschlauch bildet mit dem die lichtleitende Flüssigkeit enthaltenden Innen­ schlauch einen Ringraum, über den die in dem Innen­ schlauch befindliche Flüssigkeit ausgetauscht wird. Dazu sind an einigen Stellen Löcher in dem Innen­ schlauch vorgesehen.

Das Innere des Außenschlauches oder des Außenrohres steht mit einer Pumpe und einem Reinigungsfilter in Verbindung. Man kann hier ebenfalls einen Reinigungs­ kreislauf vorsehen. Wenn der dazu notwendige Aufwand zu hoch ist oder aus Platzgründen ein vollständiger Reinigungskreislauf nicht möglich ist, werden erfindungs­ gemäß Mittel zum zeitweisen Komprimieren des die Flüssigkeit führenden Schlauches vorgesehen. Gemäß dieser Maßnahme wird also der die lichtleitende Flüssigkeit enthaltende Schlauch (Innenschlauch) oder aber der oben erwähnte Außenschlauch inter­ mittierend komprimiert oder zusammengedrückt, so daß die Flüssigkeit im Inneren des Schlauches bewegt und mithin die gesamte Flüssigkeit gereinigt wird.

In einer sehr einfachen Ausführungsform kann anstelle eines Reinigungskreislaufes ein einfacher Anschluß für eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, Voraus­ setzung hierfür ist aber, daß die aus der lichtleiten­ den Flüssigkeit zu beseitigenden Substanzen durch Diffusion oder Konvektion zu der Reinigungsvorrichtung gelangen können.

Die in dem Schlauch ausgebildeten Öffnungen für den Durch­ tritt der zu reinigenden Flüssigkeit sind im Vergleich zu den Schlauchabmessungen sehr klein, so daß die Lichtübertragung nicht abträglich beeinflußt wird. Die oben erläuterte Variante mit Außenschlauch bzw. Außenrohr und vom Lichtleiterende mit Abstand ange­ ordneter Reinigungsvorrichtung eignet sich besonders dann, wenn das Ende des Lichtleiters sehr dünn sein soll.

Anstelle des oben erwähnten Stopfens kann das betreffen­ de Fenster am Ende des Lichtleiters auch von einer Fassung getragen werden, wobei das Ende des Schlauches in oder auf der Fassung sitzt und das Fenster mit Abstand vom Schlauchende gehalten wird. In diesem Fall kann man auf ein oder gar mehrere Löcher in dem Schlauch verzichten, indem man den Anschluß für die Reinigungs­ vorrichtung in dem Bereich zwischen Schlauchende und Fenster anordnet.

Bei der Variante mit Außenschlauch oder Außenrohr kann die Fassung zwei Anschlüsse tragen, wobei der erste Anschluß zu dem Inneren des für die Lichtüber­ tragung vorgesehenen Innenschlauches und der andere Anschluß in den Raum zwischen Innenschlauch und Außen­ schlauch führt. Eine solche Fassung braucht nur an einem Ende des Lichtleiters vorgesehen zu werden. Am anderen Ende kann dann eine ähnliche Fassung ohne Anschlüsse vorgesehen werden. Alternativ kann der Raum zwischen Innenschlauch und Außenschlauch auch von einer ringförmigen Hülse abgedichtet sein, wobei dann möglicherweise Löcher im Innenschlauch für eine Strömungsverbindung sorgen.

Speziell die letztgenannte Variante mit dem vom Schlauchende beabstandet gelagerten Fenster eignet sich zur Übertragung von Licht hoher Energie. Man kann nämlich dann das Licht derart einkoppeln, daß der Lichtstrahl im Bereich des Schlauchinneren fokussiert wird, während der Lichtstrahl im Bereich des Fensters noch einen großen Querschnitt hat. Da­ durch wird eine extreme Belastung des Fenstermaterials an einer lokalen Stelle vermieden. Einer Zerstörung des Fensters wird durch diese Maßnahme erfolgreich entgegengewirkt.

Die Reinigungsvorrichtung besteht - wie oben ausgeführt - vorzugsweise aus einem Reinigungskreislauf mit Umwälz­ pumpe. Diese Umwälzpumpe kann entweder permanent oder lediglich in den Betriebspausen eingeschaltet werden. Letztere Variante ist dann zu empfehlen, wenn während des Betriebes, d. h. während der Lichtübertragung durch das Innere des transparenten Schlauches, ein Auslaufen von Flüssigkeit auf jeden Fall verhindert werden muß. Eine solche Forderung besteht z. B. im Bereich der Laser-Medizin, wenn ein hier in Rede stehender Licht­ leiter in eine Körperöffnung eines Patienten eingeführt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Lichtleiter mit einer Reinigungsvorrichtung für die in dem Lichtleiter befindliche Flüssig­ keit;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Endes eines Licht­ leiters mit schematisch angedeuteter Reinigungs­ vorrichtung;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer weiteren Aus­ führungsform eines Lichtleiters; und

Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Lichtleiters.

Der in Fig. 1 dargestellte Lichtleiter 1 enthält einen transparenten Schlauch 2 aus Kunststoff und eine darin eingeschlossene, transparente und lichtleitende Flüssig­ keit 4, die in dem Schlauch 2 durch endseitig einge­ schobene transparente Kunststoff-Stopfen 6 und 8 gehalten wird. Ein von einem Laser L erzeugter Laserstrahl wird durch das von dem Stopfen 6 gebildete Fenster einge­ koppelt, durchläuft die Flüssigkeit 4 in dem Schlauch 2 und wird aus dem durch den Stopfen 8 gebildeten Fenster ausgekoppelt.

Die Brechungsindizes des Schlauchs 2 und der Flüssigkeit 4 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Laserstrahl in der Flüssigkeit geführt wird, wie es im Prinzip von Lichtleiterfasern bekannt ist.

An den beiden Enden des Schlauches 2 sind hülsenförmige Fassungen 10 und 12 vorgesehen, die jeweils mit einem Anschluß für eine Reinigungsvorrichtung versehen sind. Hier soll nur der Anschluß für den Stopfen 10 näher erläutert werden. Der Anschluß für den Stopfen 12 ist ähnlich ausgebildet.

Der Anschluß für den Stopfen 10 wird gebildet durch eine Kupplungshülse 14, die in eine Bohrung der Fassung 10 eingeschraubt ist und einen Kanal 16 aufweist, der mit einer radialen Öffnung 18 des Schlauches 2 und mit dem Inneren eines Verbindungsschlauches 20 strömungsver­ bunden ist.

Der Schlauch 20 verbindet die Anschlüsse an den beiden Fassungen 10 und 12. In den Schlauch 20 sind eine Pumpe P und ein Filter F eingefügt, bei Betrieb der Pumpe erfolgt eine Reinigung der Flüssigkeit 4. Die Pumpe kann permanent betrieben werden, oder aber nur während der Betriebspausen des Lichtleiters 1 eingeschaltet werden.

Da ein geschlossener Reinigungskreislauf gebildet ist, wird die Flüssigkeit 4 intensiv gereinigt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die sich besonders dann empfiehlt, wenn zumindest ein Ende des Licht­ leiters sehr dünn ausgebildet werden muß, folglich ein Anschluß in der Art der in Fig. 1 dargestellten An­ schlüsse nicht möglich ist.

Auf einem transparenten, die lichtleitende Flüssigkeit enthaltenden Innenschlauch 102 sitzt außerhalb des als Fenster dienenden Stopfens 106 eine ringförmige Hülse 128, auf die das Ende eines Außenschlauches 130 auf­ gezogen ist.

Der Innenschlauch 102 besitzt zwei Öffnungen 118 und 118′.

An einer von dem Ende des Lichtleiters entfernten Stelle befindet sich ein hier schematisch darge­ stellter Anschluß für eine Reinigungsvorrichtung, die auch hier eine Pumpe P und ein Filter F enthält. Die Reinigungsvorrichtung ist über eine in dem Außenschlauch 130 gebildete Öffnung 126 angeschlossen. Durch diese Öffnung 126 strömt die aus dem Inneren des Innenschlauches 102 über die Öffnungen 118 und 118′ gelangte Flüssigkeit zu dem Filter und der Pumpe. Die Flüssigkeit wird über eine im Außenschlauch 130 ausgebildete Öffnung 122, eine Verbindungshülse 124 und eine weitere Öffnung im Schlauch 102 gereinigt zurück­ geführt.

Das andere Ende des in Fig. 2 teilweise dargestellten Lichtleiters kann genauso ausgebildet sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sitzt auf dem Ende eines transparenten, die lichtleitende Flüssigkeit ent­ haltenden Schlauches 202 eine Fassung 210 mit einer Bohrung, in die eine Kupplungshülse 214 eingeschraubt ist. Über den Kanal 216 gelangt zu reinigende Flüssigkeit zu einer in Fig. 3 nicht dargestellten Reinigungsvorrichtung oder gelangt gereinigte Flüssigkeit von der Reinigungsvor­ richtung in den Schlauch 202.

Die Fassung 210, die aus Metall besteht, jedoch auch aus Kunststoff bestehen kann, trägt in einem Abstand d1 vom Ende des Schlauches 202 ein Fenster 206. Dieses Fenster 206 kann selbst als Linse oder Prisma ausgebildet sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 befindet sich außer­ halb des Fensters 206 eine Linse 232. Außerhalb des Lichtleiters hat ein einzukoppelnder Laserstrahl B einen relativ großen Querschnitt. Der Laserstrahl wird über die Linse 232 und das Fenster 206 derart in den Licht­ leiter eingekoppelt, daß sich die Strahltaille im Be­ reich des Schlauchendes befindet. Durch die Vermeidung von Energiekonzentrationen im Fensterbereich wird das Fenster 206 vor möglichen Zerstörungen geschützt.

Wenn kein geschlossener Reinigungskreislauf vorgesehen ist, muß dafür Sorge getragen werden, daß die aus der Flüssigkeit herauszufilternden Substanzen zu der Filteranordnung gelangen. Hierzu sind Mittel vorgesehen, um den Schlauch 202 zumindest stellenweise vorüber­ gehend zu komprimieren, wie durch die Pfeile P1 und P2 angedeutet ist. Durch intermittierendes Zusammendrücken (Komprimieren) und Loslassen des Schlauches 202 erfolgt eine Bewegung der Flüssigkeit in dem Schlauch, so daß alle auszufilternden Substanzen irgendwann zu der Filteran­ ordnung gelangen.

Die Einrichtung zum Komprimieren des Schlauches 202 kann z. B. ein kleiner Elektromotor sein, der einen an dem Schlauch anliegenden Nocken antreibt.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform enthält ebenfalls ein hier als Prisma ausgebildetes, mit einem Abstand d2 vom Ende eines Schlauches 302 angeordnetes Fenster 306. Der Schlauch 302 ist von einem Außenschlauch 330 umgeben. Der Schlauch 302 sitzt in der mittleren Durchgangsöffnung einer Fassung 310, die auch das Fenster 306 lagert. Der Außenschlauch 330 ist auf eine Stufe der Fassung 310 aufgezogen. Es sind zwei radiale An­ schlüsse in Form von Kupplungshülsen 314a und 314b vorge­ sehen. Durch einen Kanal 316a der Kupplungshülse 314a wird von einer nicht dargestellten Reinigungsvor­ richtung Flüssigkeit in Pfeilrichtung in den Raum zwischen Innenschlauch 302 und Außenschlauch 330 ge­ pumpt. Die Saugseite der Umwälzpumpe der Reinigungs­ vorrichtung ist an den Kanal 316b der Kupplungshülse 314b angeschlossen, so daß die Flüssigkeit hier an dem Einkoppelende des Lichtleiters abgezogen wird.

Die oben beschriebene Ausführungsformen können an einem oder - falls sinnvoll - an beiden Enden des Licht­ leiters vorgesehen sein. Es können an den beiden Enden des Lichtleiters auch verschiedene Ausführungsformen eines Anschlusses angeordnet sein.

Claims (12)

1. Lichtleiter, mit einem Schlauch (2; 102; 202; 302), in welchem eine lichtleitende Flüssigkeit (4) einge­ schlossen ist, und der endseitige transparente Fenster (6, 8; 106; 206; 306) zum Ein- und Auskoppeln von Licht aufweist, und mit einem Anschluß (10-18; 122, 124, 118; 210, 214, 216; 310, 314, 316) für eine Flüssigkeits-Reinigungsvorrichtung (20, FP), dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß radial an einer schlauchseitigen Stelle bezüglich der Fenster angeordnet ist.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Fenster als transparenter Stopfen (6; 106) ausgebildet ist.

3. Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in direkter Nachbarschaft zu den Stopfen (6, 106) mindestens ein Loch für den Anschluß in dem Schlauch (2; 102) ausgebildet ist.

4. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch zumindest streckenweise von einem Außenrohr oder Außenschlauch (130; 330) um­ geben ist, dessen Inneres mit dem Inneren des die lichtleitende Flüssigkeit führenden Schlauches strömungsverbunden ist, und der an die Reinigungs­ vorrichtung angeschlossen ist.

5. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung (20, F,P) mit dem die lichtleitende Flüssigkeit (4) führenden Schlauch (2; 102; 202; 302) einen Flüssigkeits- Reinigungskreislauf bildet, in den eine permanent oder nur außerhalb des Betriebes des Lichtleiters betriebene Pumpe (P) eingefügt ist.

6. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Komprimieren des die Flüssigkeit führenden Schlauches (2; 102; 202; 302; und/oder 130; 330) vorgesehen sind.

7. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Fenster von einer Fassung (10, 12; 210, 310) mit Abstand von dem zugehörigen Schlauchende angeordnet ist.

8. Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (206; 306) als Linse oder Prisma ausge­ bildet ist.

9. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Übertragung von Licht hoher Intensität, insbe­ sondere IR-Licht.

10. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Übertragung von Licht hoher Intensität, insbesondere von sichtbarem und UV-Licht.

11. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung zum Extrahieren von Wasser aus der Flüssigkeit ausgebildet ist.

12. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß zumindest an einem Schlauchende eine Fassung (310) vorgesehen ist, an der das Ende des die lichtleitende Flüssigkeit führenden Schlauches (302) und das Ende eines Außenrohres oder Außenschlauchs (330) festgelegt sind, und die einen mit dem einen Schlauch (z. B. 302) verbundenen Einlaß (314b, 316b) und einen mit dem anderen Schlauch (z. B. 330) verbundenen Auslaß für die Flüssigkeit aufweist.