FR2486663A1

FR2486663A1 - Conduit souple en fibres optiques et son procede de fabrication

Info

Publication number: FR2486663A1
Application number: FR8113261A
Authority: FR
Inventors: Richard R Strack
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1982-01-15
Also published as: CA1149655A; HK55685A; FR2486663B1; GB2079741A; JPS5734505A; DE3127640A1; US4389089A; GB2079741B

Abstract

ON PRODUIT UN FAISCEAU FLEXIBLE CONDUCTEUR D'IMAGES FORME DE FIBRES OPTIQUES EN JUXTAPOSANT ET ETIRANT UNE SERIE DE FIBRES DE VERRE 20 GAINEES DE VERRE EXTRACTIBLE. L'ENSEMBLE ETIRE EST COUPE A LA LONGUEUR VOULUE ET LES TIGES DE VERRE INTERSTITIELLES 22 SONT EXTRAITES DE LA PARTIE DE LA PIECE COUPEE. APPLICATION A LA FABRICATION D'ENDOSCOPES INDUSTRIELS ET MEDICAUX.

Description

La présente invention concerne, d'une manière générale, un conduit souple

en fibres conducteur d'images et, plus particulièrement, des perfectionnements apportés aixfaisceaux

de fibres optiques isolées par extraction à l'aide d'un sol-

vant et à leur procédé de préparation. Les procédés connus de fabrication de conduits souples

transporteurs d'images extraits à l'aide d'un solvant utili-

sent des gainessecondaires en verre soluble dans les acides

entourant les fibres optiques ou des ailettes en verre solu-

ble dans les acides se projetant radialement à partir de ces fibres. A titre d'exemples, les brevets des Etats-Unis

nO 3 624 816 et 3 653 739 décrivent de tels procédés.

Lorsque l'on prévoit des gaines secondaires en verre

extractible sur les fibres, on observe, du fait des nom-

breuses interfaces additionnelles entre lescomposants multi-

ples ajoutés pour réaliser ces gaines secondaires et des zones de surface sul#émentaires résultantes exposées à la

contamination, une réduction de la qualité optique du produit.

Par exemple, la contamination par des corps étrangers des différents composants favorise la formation de bulles aux

interfaces, lesquelles bulles nuisent aux surfaces essentiel-

les conductrices de la lumière des fibres au cours des opé-

rations d'étirace. En outre, le choix des verres utilisa-

bles pour la fabrication des fibres constitues de trois ver-

res différents est limité aux combinaisons ayant un compati-

bilité d'étirement, c'est-à-dire que les verres doivent

avoir des températures et des propriétés de dilatation sem-

blables.

Dans le cas de la fusion d'ailettes en verre extracti-

ble à l'acide sur la gaine primaire des fibres, comme le décrit le brevet des Etats-Unis n0 3 653 739, la fabrication

des fibres est extremement fastidieuse, mal commode et coû-

teuse. Il s'ensuit que l'avantage que l'on tire sur le plan

de la réduction de l'altération du coeur des fibres est con-

sidérablement dépassé par les difficultés et le coût de la fabrication. Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour but de simplifier et de réduire le coût de la fabrication

des conduits en fibres optiques souples isolées par extraction.

Plus particulièrement, l'invention se propose de sur-

monter les limitations des procédés de fabrication jusqu'ici longs et coûteux, et elle a pour but d'améliorer la qualité

du produit.

Elle a encore pour objectif d'atteindre les buts préci- tes en offrant une plus grande liberté dans le choix des

systèmes de verres.

D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront

de la description qui va suivre.

Le conduit en fibres optiques extrait est produit, se-

lon l'invention, en juxtaposant une série choisie d'éléments préformés de fibres optiques gainées classiques et des tiges

interstitielles en verre soluble dans les acides. De préfé-

rence, les tiges sont disposées de telle manière dans les interstices et elles sont d'un diamètre tel qu'ellesempêchent

tout contact entreles éléments préformés en fibre.

On chauffe les composants assemblés et les étire sous la forme d'une unité ayant la section transversale réduite voulue pour le conduit final formé de fibres optiques, après quoi on les coupe à la longueur voulue. Le tronçon coupé est

ensuite soumis à une extraction qui élimine les verres inters-

titiels pour donner au conduit la souplesse voulue.

Ce procédé améliore la qualité du faisceau de fibres obtenu, simplifie le procédé de fabrication et offre une liberté inhabituelle dans le choix des compositions de verres

et des combinaisons utilisées dans le système.

L'invention est décrite en détail par référence aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1 montre, en perspective, une forme d'exécu-

tion d'un conduit souple en fibres optiques formé selon l'in-

vention; - la figure 2 est une vue en bout d'un élément préformé de composants utilisé pour produire le conduit de la figure 1; - la figure 3 illustre schématiquement les opérations d'étirage et de coupe selon l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe transversale prise le. inq de la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 illustre une étape ultérieure du procédé de fabrication selon l'invention; et - la figure 6 est une vue en coupe prise le long de la

ligne 6-6 de la figure 5.

Les conduits souples en fibres optiques ayant des extré-

mités opposées formées de fibres constitutives disposées oelon le même schéma géométrique sont utilisés comme parties trans-

porteuses d'images dans diverses formes d'endoscopes indus-

triels et médicaux. Habituellement, ces dispositifs compren-

nent un objectif voisin de l'une des extrémités du conduit en fibres optiques et un oculaire voisin de l'extrémité opposée du conduit, le premier servant à former les images devant être transports et le second permettant de faciliter l 'examen

des images transportées par le conduit.

L'invention concerne la fabrication d'un conduit en fi-

breB optiques extraites, en tant que produit per se et, en conséquence, son utilisation ou son aptitude à entrer dans la composition de diverses formes d'EddOeopes ou autres ne sera pas discutée en détail. Il est bien connu, cependant, que les exigences posées à l'égard des conduits souples en fibres

optiques de diamètre exceptionnellement petit et ayant uoetail-

le de fibres fine peuvent être plus facilement satisfaites en ayant recours à des techniques d'extraction de fibres, ce procédé pouvant être utilisé aussi pour la fabrication de

conduits de plus grand diamètre.

Le conduit de fibres optiques extraites, qu'il soit d'un grand ou d'un petit diamètre et que la taille des fibres soit grande ou petite, est illustré sous la forme du faisceau de

fibres 10 (figure). Les fibres 12 du faisceau 10 sont étroi-

tement fusionnées ensemble ou réunies de toute autre manière similaire au niveau de leurs extrémités opposées 14 et 16,

l'une ou l'autre de ces extrémités pouvant servir d'extrémi-

té réceptrice d'images dans le faisceau. Les parties de fibre 12 comprises entre les extrémités opposées réunies ensemble sont libres de fléchir séparément et indépendamment

les unes des autres.

Le faisceau de fibres 10 est produit à partir d'un élé-

ment préformé 18 (figure 2) qui comprend un assemblage ordon-

né d'éléments cylindriques gainés 20 à partir desquels les

fibres 12 sont produites et des tiges d'écartement intersti-

tielles 22 faites d'un matériau soluble dans les acides.

Les éléments 20, ayant un coeur 24 d'indice de réfrac-

tion élevé et une gaine 26 ayant un indice de réfraction rela-

tivement bas, sont disposés concentriquement autour d'un élé-

ment central 20a, ce qui donne?à l'élément préformé 18, une section transversale globalement circulaire. En variante les éléments 20 pourraient être disposés en rangée successives

pour donner un élément préformé 18 rectiligne.

S'il est vrai que la taille de la section transversale des éléments 20 et des tiges solubles dans les acides 22 peut être diverse, on préfère que les tiges 22 aient une taille telle et une viscosité telle à la température d'étirage des fibres qu'elles empêchent les éléments 20 de venir en contact les

uns des autres, tout en créant des espaces 28 (figure 4), per-

mettant aux gaz de s'échapper pendant leétirage de l'élément

préformé 18 (figure 3).

Le procédé habituel d'étirage de faisceaux de fibres multiples consiste à chauffer lôcalerment l'élément préformé 18, par exemple au moyen de serpentins de chauffage électrique ,età l'étirer longitudinalement de manière à l'amener à une section transversale réduite correspondant à celle voulue pour

le faisceau 10. Cela peut demander plusieurs opérations d'éti-

rage ou une seule opération peut suffire.La technique d'étira-

ge illustrée à la figure 3 est applicable dans les deux cas.

Si l'on considère que la figure 3 représente la phase d'étirage finale, la section étirée 32 de l'élément préformé

18 est coupée à la longueur voulue Lq puis munie d'un reve-

tement 34 de cire ou d'un autre matériau résistant aux acidese à chaque extrémité.et immergée dans une solution d'extraction

36 (figure 5) pour l'élimination des tiges de verre intersti-

tielles 22.

Comme le montre la figure 4, les fibres 12 formées par l'opération d'étirage de la figure 3 sont comprises dans une

matrice interstitielle 38 qui conserve la géométrie transver-

sale initiale de l'élément préformé 18 tout au long de la

section étirée 32. La matrice 38 est formée du matériau chauf-

fé et étiré des tiges 22.

L'extraction, telle que représentée aux figures5 et 6

libère les fibres 12 ce qui donne au faisceau 10 la souples-

se attendue, tout en conservant la répartition-géométrique initiale des fibres composant les extrémités opposées du faisceau. Ces extrémités du faisceau 10 peuvent être compactées si on le désire, par exemple juxtaposées étroitement par un traitement similaire à celui qui est décrit dans le brevet des Etats-Unis n0 3 669 772.

Comme exemples de verres utilisables pour la fabrica-

tion des composants du coeur et de la gaine des éléments 20 à partir desquels les fibres 12 sont formées, onpeut citer

respectivement les verres flint et crown. Les verres compo-

sant le coeur et la gaine ont habituellement un indice de réfraction de 1, 75 et 1,52. Naturellement, il est à la portée de l'homme de l'art de choisir d'autres verres et combinaisons

d'indices de réfraction. Les composants du coeur et de la gai-

ne des éléments 20 peuvent être soit préfusionnés soit simple-

ment assemblés et non fusionnés dans l'élément préformé 18.

Dans les deux cas, leur fusion finale se fait pendant l'étira-

ge en fibres 12.

Les matériaux susceptibles de former les tiges intersti-

tielles 22 peuvent être des métaux, par exemple l'aluminium, mais il s'agit de préférence de verre ayant une forte teneur en bore et qui sont solubles dans les acides. Les verres borosilicatés mentionnés dans le brevet des Etats-Unis n0 3 004 368 conviennent à cet usage, mais on préfère les verres dépourvus de silice solubles dans les acides. Une composition convenable comprend approximativement 47 % en poids de tricKdede bore, 45 % en poids d'oxyde de baryum; et 8 % en poids d'oxyde de lanthanum. Comme solution d'extraction 36

utilisable pour les matériaux constituant les tiges intersti-

tielles 22, on peut citer l'hydroxyde de sodium pour l'alumi-

nium et l'acide chlorhydrique pour les verres au bore.

L'extraction de la composition citée à titre d'exemple peut

être réalisée facilement à l'aide d'une solution formée d'ap-

proximativement 5 % en volume d'acide chlorhydrique maintenue

approximativement à 650C. La concentration en acide et la tem-

pérature à laquelle l'extraction est accomplie peuvent être

diversement réglées par l'homme de métier.

Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite et représentée et que l'on

peut lui apporter diverses variantes modifications et adap-

tations sans sortir du cadre de l'invention. -

Claims

REVENDICATIONS

1-Procédé de fabrication d'un conduit souple en fibres conducteur d'images, caractérisé en ce qu'il consiste:

- à réaliser un élément préformé 18 consitué d'un fais-

ceau de fibres en juxtaposant une série d'éléments optiques en verre 20 gainés de verre et des tiges interstitielles 22 en

un matériau extractible, lesquelles tiges 22 servent à écar-

ter lesdits éléments 20 les uns des autres; - à chauffer et à étirer ledit élément préformé 18 en une section dont la dimension en coupe transversale correspond approximativement à celle voulue pour ledit conduit, lesdites tiges 22 créant une matrice interstitielle 38; a à couper, dans ladite section étirée 32, une longueur L qui coriEspord à la longueur voulue pour ledit conduit; - à recouvrir les extrémités opposées 14 et 16 de ladite longueur coupée L de ladite section étirée 32; et

- à soumettre les parties non recouvertes de ladite lon-

gueur L de section étirée 32 à un milieu d'extraction 36 pen-

dant une durée suffisant à l'élimination de ladite matrice

interstitielle 38.

2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que les éléments en verre 20 gainés de verre sont formés cha-

cun d'un coeur 24 conducteur de la lumière et offrant un in-

dice de réfraction élevé et d'une gaine 26 entourant ledit

coeuretaynt un indice de réfraction relativement bas.

3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce

que les gaines 26 sont fusionnées audit coeur 24.

4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que les tiges interstitielles 22 sont solubles dans les acides.

- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit milieu d'extraction 36 est une solution d'acide chlorhydrique.

6- Conduit souple en fibres conducteur d'images>,caracté-

risé en ce qu'il comprend une série de fibres conductrices de la lumière 12 juxtaposées ayant des extrémités opposées 14, 16 disposées selon une répartition géométrique semblable et une matrice 38 formée d'une série de tiges 22, laquelle matrice réunit ensemble les fibres composant les extrémités opposées respectives 14 et 16, les parties de fibres 12 comprises entre lesdites extrémités 14 et 16étant dépourvues de ladite matrice 38 et capablesde fléchir indépedamment

les unes des autres.

7- Conduit souple en fibres conducteur d'images selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites fibres 24 sont en verre et qu'elles sont individuellement gainées verre. 8 - Conduit souple en fibres conducteur d'images selon

la revendication 7, caractérisé en ce que la matrice 38 for-

mée d'une série de tiges 22 est en un verre soluble dans les

acides) fusionnes sur les fibres de verre 24 gainés de verre.