MXPA99008960A - Conector contiguo a presion para el montaje de un elemento de fibra optica dentro de un sistema de fuente de luz - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un conector contiguo incluye una férula en forma de cono, de acero inoxidable, que encierra un extremo contiguo del elemento de fibraóptica. La férula es insertada dentro de una abertura de acoplamiento de un bloque de recepción que también estáhecho de acero inoxidable. Las formas de acoplamiento de la férula y de la abertura delbloque de recepción aseguran la transferencia de calor efectiva desde la férula hacia el bloque de recepción. Tanto la férula como la abertura son axialmente simétricas, de forma tal que cualquier rotación del conector contiguo, mientras estáinsertado dentro del bloque de recepción, no cambia la ubicación de la abertura de entrada del elemento de fibraóptica. El conector contiguo también incluye una vaina que tiene un anillo dentado. Un mecanismo impelido con pulsador de bola estámontado dentro de la abertura del bloque de recepción y estácolocado para acoplarse con el anillo dentado solamente mientras el conector contiguo estátotalmente y seguramente insertado dentro de la abertura. El pulsador evita la remoción accidental del conector contiguo mientras que también provee una fuerza de impulsión para asegurar un contacto sólido entre la férula en forma de cono y las partes correspondientes del bloque de recepción para facilitar adicionalmente la conducción de calor.

Description

CONECTOR CONTIGUO A PRESIÓN PARA EL MONTAJE DE UN ELEMENTO DE FIBRA ÓPTICA DENTRO DE UN SISTEMA DE FUENTE DE LUZ Campo de la Invención La invención se refiere generalmente a sistemas ópticos para el acoplamiento de luz dentro de una sola fibra óptica o haz de fibras y, en particular, a un dispositivo conector para conectar una sola fibra óptica o un haz de fibras dentro de un alojamiento de un sistema de fuente de luz.

Antecedentes de la Invención Una variedad de sistemas de fuente de luz han sido desarrolladas para el acoplamiento de luz desde una fuente de luz de alta intensidad, tal como una lámpara de arco, dentro de un haz de fibras ópticas o de una sola fibra óptica. La luz acoplada dentro del haz o de la única fibra puede ser usada, por ejemplo, para propósitos de iluminación médica tales como para su uso con una luz artificial para cirugía, reflector de cabeza, endoscopio, o borescopio. Típicamente, un extremo contiguo de una sola fibra o haz de fibras está montado dentro de un conector contiguo para la inserción dentro de una ranura o abertura dentro de un alojamiento que contiene la fuente de luz. Un extremo lejano de la única fibra o haz de fibras está conectado a un dispositivo de aplicación, esto es, una luz artificial para cirugía, endoscopio, etc. Típicamente, el conector contiguo está configurado para ser retirado desde el sistema de la fuente de luz. Esto permite que una persona que maneja el dispositivo de aplicación, tal como un cirujano que utiliza un reflector de cabeza para cirugía, tenga libre movilidad, lo cual de otra forma sería obstaculizado mientras la fibra o haz de fibras está conectado al sistema de la fuente de luz. La provisión del conector contiguo removible también permite que un sistema de fuente de luz sencillo sea utilizado para proveer luz para una variedad de dispositivos de aplicación diferentes, cada uno poseyendo un conector contiguo correspondiente.

Sin embargo, surgen problemas en muchos conectores contiguos convencionales, particularmente en aquellos diseñados para usarse con una sola fibra óptica. Las fibras sencillas requieren que luz de alta intensidad sea dirigida sobre una abertura de entrada de la fibra única sostenida por el conector contiguo. Los conectores contiguos convencionales para fibras sencillas generalmente soportan fibras de sílice para las cuales el calor no es un problema. Si los materiales de la fibra óptica son susceptibles al daño térmico, es necesario un método para desechar el calor para asegurar la operación continua. Para fibras de sílice que tienen un revestimiento de polímero, el calor en exceso de un conector convencional destruirá el revestimiento. Para remediar este problema, algunos sistemas de fuente de luz anteriores han sido configurados para colocar la abertura de entrada contigua de la fibra única a una distancia desde el conector contiguo mismo. La luz de alta intensidad es entonces enfocada a la abertura de entrada de la fibra única, la cual está desplazada desde el conector contiguo mismo. De aquí que, el conector contiguo no es calentado en forma importante. Sin embargo, debido a que la abertura de entrada de la fibra única se extiende desde el conector contiguo, la fibra está sin protección y es fácilmente rota o dañada de alguna otra forma después de la remoción desde el sistema de la fuente de luz. Cuando menos un conector contiguo incluye una cubierta deslizable diseñada para proteger la fibra. La cubierta se contrae mientras en conector está montado al sistema de la fuente de luz para permitir que la fibra única reciba la luz. La cubierta deslizable se desliza hacia fuera, a medida que el conector es retirado del sistema de la fuente de luz para encerrar y proteger la fibra óptica. Ver, por ejemplo, la Solicitud de Patente de los E.U.A. No. 08/233,589, presentada el 5 de mayo de 1994 y que se titula "Conector de fibra óptica que posee una coraza y aparato para proteger el extremo expuesto de una fibra óptica." Si bien dicho arreglo protege el extremo contiguo de la fibra óptica al tiempo que reduce los problemas relacionados de calor, esto es logrado a expensas del requerimiento de un conector contiguo complicado que tiene un gran número de partes móviles que son susceptibles de daño o mal funcionamiento. óptica no se extiende desde el extremo truncado de la férula en forma de cono, sino que se extiende al ras con éste. De aquí que, al retirarlo del alojamiento, el elemento de fibra óptica es protegido por la férula en forma de cono de algún posible daño. En esta forma, tanto los problemas de calentamiento como los de rompimiento son substancialmente eliminados, sin requerir de un aparato de montaje complicado y caro, tal como aquel del tipo descrito anteriormente y que tenía una cubierta externa deslizable. Además, la abertura de entrada de la fibra óptica puede ser pulida debido a que está asegurada dentro de la férula. En una modalidad, el bloque de recepción incluye un pulsador de bola, accionado por resorte, para asegurar que la férula permanezca montada cómodamente dentro de la abertura del bloque de recepción. La férula está montada en una vaina que incluye un anillo dentado. El pulsador de bola y el anillo dentado están colocados relativamente, de forma tal que el pulsador de bola descansa dentro del anillo dentado solamente mientras la férula está totalmente insertada dentro de la abertura. Cuando está así acoplado, el pulsador de bola evita que la férula se deslice fuera de la abertura. El pulsador de bola sostiene la férula en su lugar hasta que se aplica suficiente fuerza manual para desacoplar el pulsador de bola. Mediante la sujeción de la férula en su lugar, se asegura el alineamiento lateral, a lo largo de la dirección de la inserción de la férula, de la abertura de entrada de la fibra única. La férula en forma de cono y la abertura de acoplamiento del bloque de recepción son ambas axialmente simétricas, de forma tal que también se asegura el alineamiento longitudinal. En otras palabras, la rotación de la férula dentro de la abertura no causa ningún desplazamiento de la abertura de entrada de ía fibra, sino simplemente la rotación de la fibra, la cual es por sí misma axialmente simétrica. Por lo tanto, también se evitan los problemas de posicionamiento del tipo descrito. Así, los problemas anteriormente descritos de los conectores contiguos convencionales se eliminan mediante el empleo de la sencilla férula en forma de cono de la invención. Más aún, no se requiere de partes móviles y de esta forma se reduce el costo del conector contiguo. El conector contiguo resultante es sencillo, Otros problemas surgen con conectores contiguos que tienen una fibra óptica que se extiende más allá del conector mismo. Como se apuntó anteriormente, las fibras únicas requieren de la colocación precisa de la abertura de entrada de la fibra con respecto a los componentes ópticos del sistema de la fuente de luz, lo cual se complica al tener la fibra extendida más allá del conector. Más aún, el pulimento de tales fibras que sobresalen más allá de los conectores contiguos es difícil y no son susceptibles de elaborar con facilidad. Sería deseable el proveer un conector contiguo mejorado que evite las desventajas de los conectores contiguos convencionales descritos anteriormente. Es con este fin con el que tratan los aspectos de la presente invención.

Objetivos de la Invención Se provee un conector contiguo para la conexión de un elemento de fibra óptica, tal como una fibra óptica sencilla o un haz de fibras, dentro de un alojamiento de un sistema de fuente de luz. El conector contiguo incluye una férula en forma de cono, montada alrededor de un extremo contiguo de la fibra única y diseñada tanto para el alineamiento como para la disipación de calor. La férula en forma de cono está dimensionada y configurada para su montaje dentro de una ranura o abertura en forma de cono dentro de un bloque de recepción del alojamiento. Mientras está insertada, una pared lateral exterior de la férula en forma de cono descansa cómodamente contra una pared lateral interior del bloque de recepción. Luz de alta intensidad es dirigida dentro de una abertura de entrada del extremo contiguo de la fibra única. La abertura de entrada está alineada con un extremo truncado de la férula en forma de cono. La férula en forma de cono y el bloque de recepción están ambos formados de acero inoxidable u otros metales o aleaciones que tengan un elevado índice de conducción del calor. En consecuencia, cualquier calor generado dentro de la férula en forma de cono, a partir de la luz de alta intensidad, es conducido dentro del bloque de recepción del alojamiento, manteniendo de esta forma la férula en forma de cono, y la fibra única allí encerrada, relativamente frías. Como se apuntó, la fibra confiable y de fácil manufactura. De aquí que se logra el objetivo general anteriormente expresado. Otros objetos, ventajas y características de la invención serán más claros a partir de las descripciones que siguen y a partir de los dibujos anexos.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1es un diagrama a bloques que ilustra un sistema de iluminación médico que proporciona luz desde un sistema de fuente de luz hacia una fibra óptica única dentro de un dispositivo de iluminación médica. La Figura 2 es una vista lateral, parcialmente en sección transversal, de un conector contiguo de la fibra óptica de la Figura 1 y una parte del alojamiento del sistema de fuente de luz de la Figura 1. La Figura 3 es una vista lateral, parcialmente en sección transversal, de los elementos de la Figura 2 mostrados con el conector contiguo totalmente insertado dentro de una abertura del bloque de recepción. La Figura 4 es una vista lateral de un conector contiguo específico, mostrando componentes internos en líneas punteadas. La Figura 5 es una vista en sección transversal de otra modalidad de un conector contiguo de acuerdo con la presente invención.

Descripción Detallada de Modalidades Ejemplificativas de la Invención Ahora se describirán modalidades ejemplificativas de la invención con referencia a las figuras. Estas modalidades ilustran principios de la invención y no deberán ser interpretadas como limitativas del alcance de la invención. La Figura 1 ilustra un sistema de iluminación médico 10 que tiene, por ejemplo, un dispositivo médico 12 conectado a través de una fibra óptica única 14 a un sistema de fuente de luz 16. El dispositivo médico 12 puede ser un reflector de cabeza para cirugía, un dispositivo de luz artificial para cirugía, un endoscopio, un boroscopio, etc. El sistema de fuente de luz 16 incluye una fuente de luz 18 de alta intensidad, tal como una lámpara de arco de xenón o de halogenuro de metal, y un sistema óptico 20 para la recolección y condensación de luz procedente de la fuente 18. El sistema óptico 20 puede incluir uno o más elementos ópticos tales como espejos, configurados, por ejemplo, de acuerdo con el sistema de fuente descrito en la patente de los Estados Unidos de América No. 4,757,431. La fibra óptica 14 incluye un conector contiguo 22 configurado para inserción "a presión" ("snap") dentro de una abertura 24 formada en el bloque de recepción de un alojamiento del sistema de fuente de luz 16. Ahora serán descritos, con referencia a las figuras restantes, el conector contiguo 22 y el bloque de recepción en el que es insertado. La Figura 2 proporciona una vista lateral del conector contiguo 22 colocado antes de su inserción dentro de una abertura 24 de un bloque de recepción 26 de un alojamiento o nicho 28 del sistema de fuente de luz 16. El conector contiguo 22 incluye un perfil simétrico de tres dimensiones que se acopla al perfil interior de la abertura 24. Más específicamente, el conector contiguo 22 incluye una férula 30 de acero inoxidable que tiene una porción de base cilindrica 31 y una punta 32 en forma de cono ahusado con un extremo truncado 33. La porción de base 31 está montada dentro de una vaina 34 que es substancialmente cilindrica pero que incluye un anillo dentado 36 desalineado una distancia desde una porción truncada y ahusada 38. La fibra óptica 14 es mantenida dentro de un orificio interno dentro de la vaina 34 y la férula 30. Una abertura de entrada 40 de una fibra óptica 14 se extiende a ras con el extremo frontal truncado 33 de la férula 30. Como se apuntó, el perfil del conector contiguo está adaptado al perfil interior de la abertura 24. En otras palabras, la abertura 24 incluye porciones cilindricas y cónicas que tienen substancialmente el mismo tamaño y forma que las porciones correspondientes del conector contiguo. Una excepción, sin embargo, es aquella en donde la abertura no define un anillo que se extiende hacia fuera y que está conformado para acoplar el anillo dentado 36. Más bien, un mecanismo 42 de pulsador de bola accionado por resorte está montado a lo largo de un pared lateral interior 44 del bloque de recepción 26. El pulsador de bola 42 está colocado de forma tal que éste se acopla con el anillo dentado 36 solamente mientras el conector contiguo está totalmente insertado dentro de la abertura 24. Esto se ilustra en la Figura 3. De esta forma el pulsador de bola 42 permite que el conector contiguo sea sujetado a presión en su posición durante la inserción. El pulsador de bola evita que el conector contiguo se deslice fuera de la abertura en forma accidental. El conector contiguo puede ser retirado únicamente en forma manual, jalando el conector contiguo con suficiente fuerza para desplazar el pulsador de bola fuera del anillo dentado, permitiendo la remoción libre del conector. Por supuesto, pueden emplearse mecanismos alternativos con impulsión. Por ejemplo, el pulsador de bola puede estar montado a la vaina del conector contiguo, con el anillo formado dentro del alojamiento. Como otra alternativa, la vaina puede estar formada con un anillo flexible que se extiende hacia fuera y la abertura formada con un anillo de acoplamiento. Al insertar el conector contiguo, el anillo flexible de la vaina se dobla hacia adentro ligeramente hasta alcanzar el anillo de acoplamiento del alojamiento, entonces presiona hacia fuera dentro del anillo de acoplamiento del alojamiento. Continuando con la modalidad de las figuras, el perfil del conector contiguo está adaptado al perfil interior de la abertura del bloque de recepción, en parte, para facilitar la transferencia de calor desde el conector hacia el bloque de recepción. En uso, luz de alta intensidad es enfocada o condensada o dirigida de alguna otra forma hacia un punto o sitio 46 que corresponde a la abertura de entrada de la fibra óptica mientras el conector está insertado en el bloque de recepción. La intensidad de la luz en las cercanías de 46 hace que la férula 30 se caliente. Sin embargo, el calor generado dentro de la férula es rápidamente conducido lejos de la punta de la férula y finalmente dentro del bloque de recepción. Para facilitar la transferencia de calor, tanto la férula como el bloque de recepción están preferiblemente formados de acero inoxidable. Mediante la conducción del calor lejos de la punta de la férula, la férula permanece relativamente fría, de manera tal que, al retirar el conector contiguo, la férula no necesita estar blindada y las personas que toquen la punta de la férula no tendrán ningún riesgo de quemarse.

Preferiblemente, tanto la dimensión del conector contiguo como de la abertura están preparadas para acercase completamente a las tolerancias para asegurar que la férula del conector contiguo entre en contacto con las paredes interiores del bloque de recepción sobre el total del área de superficie externa de la férula. Cualesquiera aberturas que existan entre estas puede obstaculizar la conducción del calor desde la férula. Como se anotó, la férula 30 puede estar formada de acero inoxidable. En una modalidad, la vaina 34 está formada de plástico. Sin embargo, para algunas aplicaciones, quizás para proveer aún una mayor conducción del calor, la vaina 34 también puede estar formada de acero inoxidable. Como puede apreciarse, pueden emplearse una amplia variedad de materiales que sean consistentes con los principios de la invención. De manera similar, si bien se ha encontrado que son efectivas las formas cilindrica y cónica particulares que han sido descritas, también pueden ser efectivas otras configuraciones. Por supuesto, para cualquier forma que sea elegida, la forma de la férula deberá acoplarse muy estrechamente a la forma de la abertura correspondiente, cuando menos dentro de la región de la conducción de calor esperada. En otras palabras, las porciones del conector contiguo y la abertura que están lejos del extremo de la fibra no necesitan acoplarse muy estrechamente, puesto que se requiere menor conducción de calor en la posiciones lejanas del extremo de la fibra óptica. Otro aspecto de la configuración del conector contiguo y de la abertura es que ambas son substancialmente simétricas axialmente. De aquí que el conector contiguo puede ser girado libremente dentro de la abertura sin desplazar la abertura de entrada de la fibra óptica. De aquí que se mantiene la colocación axial precisa. La colocación lateral de la punta de la fibra a lo largo de la dirección de inserción es mantenida por el pulsador de bola que descansa dentro di anillo dentado 36. La colocación precisa de la abertura de entrada de la fibra es mantenida de esta manera. Como se señaló anteriormente, debido a que la abertura de entrada de la fibra se extiende al ras del extremo truncado de la férula, la abertura de entrada puede ser pulida para proveer características ópticas mejoradas.

La Figura 4 proporciona una ilustración en sección transversal de un conector contiguo específico y configurado como se describió en forma general con referencia a las Figuras 1 a 3. En particular, la Figura 4 ilustra la estructura interna del conector contiguo que sostiene la fibra óptica. Más específicamente, el conector contiguo 100 de la Figura 4 incluye un orificio 102 a través del cual pas.a la fibra óptica 114. Una parte lejana de la fibra óptica está asegurada mediante un miembro de broche 116 que también se monta a un extremo distante 118 den forma de cono de la vaina 120. Como con el conector contiguo de las Figuras 2 y 3, el conector contiguo 100 de la Figura 4 incluye una férula que tiene un extremo cónico 122. La vaina 120 también incluye un anillo dentado 124 que se extiende longitudinalmente. La presente invención puede acoplar luz procedente de fuentes de luz de alta intensidad que tienen niveles de energía dentro del intervalo de, por ejemplo, desde aproximadamente 300 mw hasta aproximadamente 1000 mw. De acuerdo con una modalidad, una fuente de luz de alta intensidad para uso en un sistema de acuerdo con la presente invención, tiene un nivel de energía de desde aproximadamente 400 mw hasta aproximadamente 500 mw. Lo que ha sido descrito es un conector contiguo mejorado para usarse con un sistema de iluminación óptica que emplea una única fibra óptica. En particular, la invención hace posible el uso de materiales sensibles a la temperatura en la construcción de fibras ópticas sencillas. Los principios de la invención, sin embargo, pueden ser aplicados a otros sistemas y a otras aplicaciones también. Por ejemplo, los principios de la invención pueden ser aplicables a sistemas de iluminación óptica que incorporan otros elementos de fibra óptica tales como haz de fibras o similares. Por ejemplo, la Figura 5 muestra un conector contiguo 100A a través del cual un elemento de fibra óptica pasa y que está compuesto de un haz o tallo de fibras fundidas 101, que termina en el extremo de punta contigua y cónica 122A. Esta modalidad incluye una vaina adaptadora del cable de fibra 120A que incluye un anillo dentado 124A que se extiende longitudinalmente. Una vaina adaptadora 120A de cable de fibra recibe un conector 126 de cable de fibra a través de la cual pasa un haz de fibras o una fibra única 128.

Puesto que muchas modificaciones, variantes y cambios en el detalle pueden ser llevadas a cabo en las modalidades descritas, se pretende que toda la materia de la descripción precedente y mostrada en los dibujos anexos, sea interpretada como ilustrativa y no en un sentido limitativo.

Claims (15)

1. Novedad de la Invención 1. En un sistema para el acoplamiento de luz procedente de una fuente de luz de alta intensidad que incluye un sistema óptico para la recolección y condensación de luz dentro de un elemento de fibra óptica en donde la fuente está dentro de un alojamiento y en donde el elemento de fibra óptica es insertado en forma removible dentro de una abertura formada en el alojamiento, una mejora que comprende: montar un extremo del elemento de fibra dentro de una férula en forma de cono; configurar la abertura del alojamiento con una forma cónica dimensionada para recibir estrechamente dicha férula en forma de cono y llevando el alojamiento y la férula a un contacto transmisor del calor, de forma tal que el alineamiento preciso entre el elemento de fibra óptica y el sistema para el acoplamiento de dicha luz de alta inte?sidad a través de dicho sistema óptico para la recolección y condensación de luz dentro de dicho elemento de fibra óptica es conservado, y la transferencia de calor lejos del elemento de fibra óptica es facilitada, en donde la férula y las paredes laterales de la abertura de alojamiento están ambas construidas a partir de material que tiene un elevado índice de conducción del calor, y en donde la luz procedente de dicha fuente de luz tiene una intensidad de desde aproximadamente 300 mw hasta aproximadamente 1 ,000 mw.
2. 2. La mejora de la reivindicación 1 , en donde la luz procedente de dicha fuente de luz tiene una intensidad de desde aproximadamente 400 mw hasta aproximadamente 500 mw.
3. 3. La mejora de la reivindicación 1 , en donde dicho material es acero inoxidable.
4. 4. La mejora de la reivindicación 1 , en donde la férula está montada dentro de un alojamiento y en donde dicho alojamiento tiene un anillo dentado que se extiende longitudinalmente y en donde la abertura incluye un pulsador de bola, accionado por resorte, colocado para acoplarse con el anillo dentado solamente cuando la férula está totalmente insertada dentro de la abertura.
5. 5. La mejora de la reivindicación 1 , en donde el elemento de fibra óptica es una única fibra óptica.
6. 6. Un sistema de fuente de luz para el acoplamiento de luz dentro de un elemento de fibra óptica, dicho sistema comprendiendo: un alojamiento; un sistema óptico montado dentro de dicho alojamiento; un bloque de recepción que tiene una abertura para recibir liberablemente un elemento de fibra óptica; y una fuente de luz para proveer luz de alta intensidad, en donde la luz procedente de dicha fuente de luz tiene una intensidad de desde aproximadamente 300 mw hasta aproximadamente 1,000 mw. con dicha fuente, dicho sistema óptico y dicha abertura colocadas para acoplar luz procedente de dicha fuente dentro de un elemento de fibra óptica; y con la abertura teniendo una pared lateral interna en una forma cónica para recibir estrechamente una férula en forma de cono montada alrededor de un extremo de la fibra óptica, en donde la pared lateral de la abertura está formada de un material que tiene un elevado índice de conducción de calor.
7. 7. El sistema de la reivindicación 6, en donde el material es acero inoxidable.
8. 8. El sistema de la reivindicación 6, en donde la fuente óptica es una lámpara de arco.
9. 9. El sistema de la reivindicación 6, en donde la pared lateral interna del bloque de recepción tiene un pulsador de bola accionado por resorte y colocado para acoplar un anillo dentado longitudinal formado en la férula, solamente , mientras la férula está totalmente insertada dentro de la abertura.
10. 10. El sistema de la reivindicación 6, en donde el elemento de fibra óptica es una única fibra óptica.
11. 11. El sistema de la reivindicación 6, en donde la luz procedente de dicha fuente de luz tiene una intensidad de desde aproximadamente 400 mw hasta aproximadamente 500 mw.
12. 12. El sistema de la reivindicación 1, en donde el elemento de fibra óptica es un haz de fibras fundidas.
13. 13. El sistema de la reivindicación 12, en donde dicho haz de fibras fundidas transmite luz hacia un haz de fibras.
14. 14. El sistema de la reivindicación 6, en donde el elemento de fibra óptica es un haz de fibras fundidas.
15. 15. El sistema de la reivindicación 14, en donde dicho haz de fibras fundidas transmite luz hacia un haz de fibras.