DE102009021175B4 - Elektro-optischer Hybrid-Steckverbinder - Google Patents

Abstract

Steckverbindung (100; 700), bestehend aus einem Steckverbinder (100), einer Kupplungseinrichtung (140) und einem Gegensteckverbinder (100), wobei eine elektrische und eine optische Kopplung zwischen dem Steckverbinder (100; 700) und dem Gegensteckverbinder (100; 700) erfolgt,
wobei der Steckverbinder umfasst:
einen elektrisch leitfähigen Mantel (120),
eine elektrisch leitfähige Ferrule (102) oder eine elektrisch leitfähige Fassung (104), welche in dem Mantel (120) angeordnet ist, mit einer elektrisch leitfähigen Stirnfläche, wobei die Stirnfläche eine erste Kontaktfläche (108) für eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einer ersten Kontaktfläche (108; 708) des Gegensteckverbinders (100; 700) ist,
einen zweiten elektrischen Kontakt (122), der an dem Mantel (120) in Form eines zylindrischen Kragens angeordnet ist, der in Richtung zu dem Ende der Ferrule (102) oder der Fassung (104) vorsteht, wobei an der Innenseite des zylindrischen zweiten elektrischen Kontakts (122) ein Gewinde (124) ausgebildet ist,
eine Lichtübertrittsfläche (110; 710) zur optischen Kopplung des Steckverbinders mit einer Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Gegensteckverbinders (100; 700),
wobei die Lichtübertrittsflächen (110) der beiden Steckverbinder (100) miteinander optisch gekoppelt sind, indem die Lichtübertrittsflächen (110) aneinander anliegen,
wobei jeweils die erste Kontaktfläche (108; 708) des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) in einer ersten Ebene liegen, und jeweils die Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) in einer zweiten Ebene liegen, die parallel zu der jeweils ersten Ebene und senkrecht zur Steckrichtung des Steckverbinders ist, so dass beim Lösen der Steckverbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den ersten Kontaktflächen (108) unterbrochen ist bevor die optische Kopplung zwischen den Lichtübertrittsflächen (110) unterbrochen ist,
ferner mit einer Kupplungseinrichtung (140) aus einem leitfähigen Material zum mechanischen Verbinden des Steckverbinders (100) mit dem Gegensteckverbinder (100), wobei die Kupplungseinrichtung (140) für eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder (100) und dem Gegensteckverbinder (100) ausgebildet ist, und die an den beiden Enden der Kupplungseinrichtung (140) jeweils ein Gewinde (144) zum mechanischen Verbinden der Innenseiten der Kontakte der Mäntel des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) aufweist, und wobei die Gewinde (144) außerdem zweite elektrische Kontaktflächen für die zweite elektrische Verbindung mit den zweiten elektrischen Kontakten (122) ausbilden.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steckverbinder zur elektrischen und optischen Kopplung mit einem Gegensteckverbinder und Leitungen zum Übertragen von elektrischen Signalen oder elektrischer Leistung und zum Übertragen von Licht. Diese Gegenstände werden oft auch als Hybrid-Steckverbinder bzw. Hybrid-Leitungen bezeichnet. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen von Licht, insbesondere optischer Bildinformation, und zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen eines elektrischen Signals oder elektrischer Leistung.
• Bei endoskopischen Systemen für medizinische oder technische Anwendungen wie auch bei vielen anderen Systemen müssen gleichzeitig elektrische Signale und Licht (beispielsweise optische Bildinformation) zwischen zwei Punkten übertragen werden. Herkömmlich geschieht dies in vielen Fällen mit zwei getrennten Leitern bzw. Kabeln, einem Leiter für elektrische Leistung und/oder Signale und ein davon separater Leiter für Licht. Offensichtliche Nachteile sind der erhöhte Installationsaufwand und der erhöhte Platzbedarf für jeweils zwei Steckverbindungen an beiden Enden.
• In der US 4 606 603 A , der US 4 616 900 A und der US 4 666 242 A sind Hybrid-Steckverbindungen für einen Unterwassereinsatz mit koaxialen Anordnungen von Lichtwellenleitern und elektrischen Kontakten beschrieben. In der US 5 085 492 A ist ein optischer Steckverbinder mit einer elektrischen Kodierung beschrieben. In der US 5 672 079 A ist eine Hybrid-Steckverbindung mit koaxialer Anordnung eines Lichtwellenleiters und von Kontakten zur Übertragung elektrischer Hochfrequenzsignale beschrieben. In der US 5 850 496 A ist ein faseroptisches Kabel mit integrierten elektrischen Leitern und einem Steckverbinder mit einer koaxialen Anordnung eines lichtleitenden Kerns und elektrischer Kontakte beschrieben. In der WO 2000/08502 A1 ist eine Steckeranordnung beschrieben, bei der Steckerstifte für Lichtwellenleiter und elektrische Kontaktstifte nebeneinander angeordnet sind. In der US 6 533 466 B1 ist eine Hybrid-Steckverbindung beschrieben, bei der ein faseroptischer Leiter in einem Massekontakt angeordnet ist.
• Die DE 693 15 357 T2 offenbart einen Stecker zur elektrischen und optischen Kopplung mit einem Gegensteckverbinder mit einer Kontaktfläche für eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einer Kontaktfläche des Gegensteckverbinders. Die Kontaktflächen sind punktförmige Kontakte, die voneinander beabstandet in einem Kreis um das Ende des Lichtleiters angeordnet sind.
• Aus DE 92 04 022 U1 ist ein Steckerstift aus elektrisch leitfähigem Material bekannt. In einer Längsbohrung ist ein Lichtwellenleiter angeordnet. Der Steckerstift ist mit einer leitfähigen Hülse umgeben. Der Stecker weist nur eine einzige elektrische Verbindung auf.
• Aus der US 2006/0072880 A1 ist ein Steckverbinder mit einer um einen Lichtwellenleiter herum angeordneten elektrisch leitenden inneren Schicht und einer zylindrischen, elektrisch leitenden äußeren Schicht bekannt.
• Die US 4 081 208 A offenbart eine Steckverbindung mit einem Steckverbinder mit einem Lichtleiter. Der Gegensteckverbinder ist eine Leiterplatte.
• Die EP 0 164 993 A2 zeigt einen Steckverbinder und einen Gegensteckverbinder, die jeweils Lichtleiterenden und elektrische Kontakte aufweisen und jeweils mit einer Hülse zum mechanischen Verbinden versehen sind.
• US 5 574 815 A beschreibt eine elektrische Steckverbindung mit einer zusätzlichen optischen Kopplung von Lichtleitern und einer mechanischen Kupplungseinrichtung.
• DE 692 32 421 T2 offenbart eine weitere elektrische Steckverbindung mit einer mechanischen Kupplungseinrichtung.
• Die US 2003/0059171 A1 zeigt ein Glasfaserkabel mit einer elektrisch leitenden Beschichtung am Faserende. Diese kann eine elektrische Verbindung mit einer Buchse an einem Gerät herstellen, in das das Kabel eingesteckt wird. Eine korrekte Verbindung des Kabels mit dem Gerät kann so überwacht werden.
• Eine Eigenschaft der in den genannten Dokumenten beschriebenen Steckverbindungen ist, dass Kontaktflächen elektrischer Kontakte parallel zur Steckrichtung angeordnet sind. Beim Verbinden eines Steckverbinders und eines Gegensteckverbinders schleifen die korrespondierenden Kontaktflächen aneinander. Dabei können Verschmutzungen oder Oxidschichten auf den Kontaktflächen abgetragen und der Übergangswiderstand vermindert werden. Die Geometrien der beschriebenen Steckverbinder sind jedoch so komplex, dass eine Reinigung nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich ist. Ferner erfolgt bei einigen beschriebenen Steckverbindungen eine optische Entkopplung lange vor einer elektrischen Trennung. Aus der Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Leistung über die Steckverbindung kann also nicht auf eine einwandfreie optische Kopplung geschlossen werden.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Steckverbindung mit einem Steckverbinder zur elektrischen und optischen Kopplung mit einem Gegensteckverbinder zu schaffen, die ein sicheres Herstellen und Trennen der optischen Kopplung gewährleistet und für die Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung geeignet ist.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst.
• Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, eine Steckverbindung auszubilden, bestehend aus einem Steckverbinder, einer Kupplungseinrichtung und einem Gegensteckverbinder, wobei eine elektrische und eine optische Kopplung zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder (100; 700) erfolgt und der Steckverbinder folgendes umfasst:
  einen elektrisch leitfähigen Mantel, eine elektrisch leitfähige Ferrule oder eine elektrisch leitfähige Fassung, welche in dem Mantel angeordnet ist, mit einer elektrisch leitfähigen Stirnfläche, wobei die Stirnfläche eine erste Kontaktfläche für eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einer ersten Kontaktfläche des Gegensteckverbinders ist. Außerdem einen zweiten elektrischen Kontakt, der an dem Mantel in Form eines zylindrischen Kragens angeordnet ist, der in Richtung zu dem Ende der Ferrule oder der Fassung vorsteht, wobei an der Innenseite des zylindrischen zweiten elektrischen Kontakts ein Gewinde ausgebildet ist. Außerdem mit einer Lichtübertrittsfläche zur optischen Kopplung des Steckverbinders mit einer Lichtübertrittsfläche des Gegensteckverbinders, wobei die Lichtübertrittsflächen der beiden Steckverbinder miteinander optisch gekoppelt sind, indem die Lichtübertrittsflächen aneinander anliegen, wobei jeweils die erste Kontaktfläche des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders in einer ersten Ebene liegen, und jeweils die Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders in einer zweiten Ebene liegen, die parallel zu der jeweils ersten Ebene und senkrecht zur Steckrichtung des Steckverbinders ist, so dass beim Lösen der Steckverbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den ersten Kontaktflächen unterbrochen ist bevor die optische Kopplung zwischen den Lichtübertrittsflächen unterbrochen ist.
• Ferner mit einer Kupplungseinrichtung aus einem leitfähigen Material zum mechanischen Verbinden des Steckverbinders mit dem Gegensteckverbinder, wobei die Kupplungseinrichtung für eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder ausgebildet ist, und die an den beiden Enden der Kupplungseinrichtung jeweils ein Gewinde zum mechanischen Verbinden der Innenseiten der Kontakte der Mäntel des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders aufweist, und wobei die Gewinde außerdem zweite elektrische Kontaktflächen für die zweite elektrische Verbindung mit den zweiten elektrischen Kontakten ausbilden.
• Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn aus dem Vorliegen einer elektrischen Verbindung zwischen Kontaktflächen eines Steckverbinders und eines Gegensteckverbinders auf eine einwandfreie optische Kopplung zwischen Lichtübertrittsflächen des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders geschlossen werden kann. Beispielsweise können die Kontaktflächen des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders in einem Sicherheitsstromkreis angeordnet werden, bei dessen Unterbrechung eine Lichtquelle abgeschaltet und/oder ein Warnsignal erzeugt wird. Sowohl der Steckverbinder als auch der Gegensteckverbinder können jeweils mit einer flexiblen Leitung zur Übertragung von elektrischen Signalen oder elektrischer Leistung und von Licht oder mit einer Vorrichtung verbunden oder in diese integriert sein.
• Die Lichtübertrittsfläche kann durch eine Stirnfläche eines SM- oder MM-Lichtwellenleiters aus Glas, Kunststoff oder einem anderen transparenten Material gebildet sein. Ferner kann die Lichtübertrittsfläche durch eine Stirnfläche eines kohärenten oder nicht-kohärenten Bündels aus solchen Lichtwellenleiter gebildet sein. Alternativ kann die Lichtübertrittsfläche durch die Stirnfläche eines Kollimators gebildet sein.
• Die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche können in einer Ebene oder im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sein. Die Ebene oder die Ebenen, in denen die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche liegen, ist bzw. sind insbesondere senkrecht zur Steckrichtung des Steckverbinders. Die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche liegen insbesondere dann im Wesentlichen in einer Ebene, wenn ihre (insbesondere konvexe) Krümmung so gering ist, dass sowohl die optische Kopplung als auch die elektrisch leitfähige Verbindung mit einer Kontaktfläche und einer Lichtübertrittsfläche eines Gegensteckverbinders, die gleich ausgebildet sind, durch eine Hertzsche Pressung bei einer Kraft hergestellt werden können, die weder den Steckverbinder noch den Gegensteckverbinder schädigt. Bei Kopplung von Kontaktflächen und Lichtübertrittsflächen mittels Hertzscher Pressung liegt eine Mindestpresskraft zwischen den Lichtübertrittsflächen vor, wenn die Kontaktflächen einander berühren. Aus einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Kontaktflächen kann deshalb auf eine definierte optische Kopplung geschlossen werden.
• Dafür, wann eine Fläche im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist, kann alternativ eine andere Definition gegeben werden, die vom Winkel zwischen einer Flächennormale und der Normale auf die Ebene oder vom Maximum dieses Winkels innerhalb der Fläche ausgeht. Eine Fläche gilt insbesondere als im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, wenn die Flächennormale von der Senkrechten auf die Ebene um nicht mehr als 30° oder nicht mehr als 20° abweicht. Engere Definitionen sehen vor, dass der Winkel nicht mehr als 10° oder nicht mehr als 5° oder nicht mehr als 2° beträgt.
• Besonders die Anordnung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche in einer Ebene oder im Wesentlichen in einer Ebene kann eine besonders kompakte Bauform des Steckverbinders ermöglichen, insbesondere eine geringe Länge. Für viele Anwendungen sind ein Durchmesser von höchstens 10 mm und eine Länge von höchstens 50 mm erreichbar. Dadurch werden unter Anderem auf eine Verbindung zweier Steckverbinder wirkende Momente reduziert. Ferner ist ein kompakter Steckverbinder besser an einer kompakten Vorrichtung, beispielsweise einem Endoskop zur Untersuchung von Ohren oder Nasen einsetzbar.
• Die Kontaktfläche kann koaxial zu der Lichtübertrittsfläche angeordnet sein. Insbesondere in diesem Fall, aber auch bei einer nicht-koaxialen Anordnung, können ein Rand der Lichtübertrittsfläche und ein Rand der Kontaktfläche unmittelbar aneinander grenzen. Die Kontaktfläche hat damit einen minimalen Radius. Als Rand der Lichtübertrittsfläche wird beispielsweise bei SM- oder MM-Lichtwellenleitern (SM = Single Mode; MM = Multi Mode) der Rand der Stirnfläche des Lichtwellenleiters angesehen, auch wenn die Lichtintensität dort aufgrund des Profils des Brechungsindex gering ist. Im Fall kohärenter oder nicht-kohärenter Bündel von Lichtwellenleitern, oft auch als Faserbündel bezeichnet, ist der Rand des Bündels an dessen Ende der Rand der Lichtübertrittsfläche.
• Bei einigen Varianten eines Steckverbinders mit einer Kontaktfläche und einer Lichtübertrittsfläche in einer oder in zwei parallelen Ebenen ist eine Reinigung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche besonders leicht möglich. Insbesondere bei einer Anordnung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche in einer Ebene bzw. im Wesentlichen in einer Ebene und bei unmittelbar aneinander angrenzenden Rändern der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche können beide Flächen in einem einzigen Wischvorgang gereinigt werden. Insbesondere bei endoskopischen Systemen für medizinische Anwendungen ist es wichtig, dass alle Oberflächen einschließlich der Oberflächen eines Steckverbinders leicht und sicher gereinigt und sterilisiert werden können. Ferner ist bei einer solchen Ausgestaltung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche in vielen Fällen eine einwandfreie Abdichtung des Steckverbinders und ggf. einer mit dem Steckverbinder verbundenen Leitung gegen ein Eindringen eines Fluids in den Steckverbinder oder in das Innere einer mit dem Steckverbinder verbundenen Leitung ohne Weiteres möglich.
• Die Kontaktfläche und die Lichtübertrittsfläche können so ausgebildet sein, dass bei einer Drehung des Steckverbinders gegenüber einem mit dem Steckverbinder verbundenen Gegensteckverbinder um eine vorbestimmte Achse die elektrische leitfähige Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders und die optische Kopplung zwischen den Lichtübertrittsflächen des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders erhalten bleiben. Diese Verdrehbarkeit kann insbesondere durch eine koaxiale Anordnung der Kontaktfläche und der Lichtübertrittsfläche ermöglicht werden. Die Verdrehbarkeit kann mechanische Spannungen am Steckverbinder, insbesondere zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder sowie ggf. in einer mit dem Steckverbinder verbundenen Leitung mindern. Damit können auch von der Leitung auf eine weitere mit der Leitung verbundene Vorrichtung, beispielsweise ein Endoskop, ausgeübte Kräfte und Momente deutlich verringert werden. Gerade bei den oft sehr biegesteifen und vor Allem auch verwindungssteifen faseroptischen Leitungen, die bei Endoskopen verwendet werden, führt dies zu Kräften und Momenten, die von der endoskopierenden Person kompensiert werden müssen. Die freie Verdrehbarkeit ermöglicht deshalb ein feinfühligeres Führen des Endoskops.
• Insbesondere bei einer Anordnung der Kontaktfläche unmittelbar angrenzend an die Lichtübertrittsfläche hat die Kontaktfläche einen minimalen Radius. Die aus der Reibung zwischen aneinander anliegenden Kontaktflächen resultierende Kraft hat deshalb nur ein geringes Drehmoment zur Folge. Ferner resultiert beim Verdrehen ein geringer Verschleiß.
• Alternativ kann der Steckverbinder für eine Verbindung mit einem Gegensteckverbinder in einer definierten relativen Winkelausrichtung und ohne eine Verdrehbarkeit ausgebildet sein. Dies kann im Fall kohärenter Bündel von Lichtwellenleitern zur Bildübertragung vorteilhaft sein.
• Der Steckverbinder kann ausgebildet sein, um mit einem Gegensteckverbinder verbunden zu werden, der dem Steckverbinder gleicht oder sich vom Steckverbinder nur in einer Kupplungseinrichtung zum mechanischen Verbinden des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders unterscheidet. Die Unterscheidung zwischen männlichen und weiblichen Steckverbindern und die resultierenden Einschränkungen in deren Verwendung können damit vermieden werden. Der Aufwand der Lagerhaltung kann damit näherungsweise halbiert werden. Ferner wird die Verwendung vereinfacht, da beispielsweise auf eine korrekte Orientierung einer Leitung mit zwei Steckverbindern an ihren Enden nicht geachtet werden muss.
• Die Kupplungseinrichtung kann symmetrisch ausgebildet sein. Die Kontaktflächen für zwei elektrische Verbindungen und die Lichtübertrittsfläche können koaxial zueinander angeordnet sein.
• Die beschriebenen Steckverbinder können beispielsweise als modifizierte FSMA-(FSMA = field installable subminiature assembly), ST-(ST = Straight Tip; Marke von AT&T; entspricht beispielsweise BFOC/2,5 nach IEC-874-10), BFOC-(BFOC = Bayonet Fiber Optic Connector), LSA- oder FC-Stecker (FC = Ferrule Connector) ausgebildet sein. Diese müssen teilweise nur geringfügig modifiziert werden. Beispielsweise reicht in vielen Fällen die Verwendung einer metallischen oder elektrisch leitfähigen Fassung für den Lichtwellenleiter oder die Verwendung eines Metalls oder eines anderen elektrisch leitfähigen Materials für die Ferrule aus. Dabei ist die metallische oder elektrisch leitfähige Fassung bzw. die metallische oder elektrisch leitfähige Ferrule insbesondere gegenüber anderen Teilen des Steckverbinders elektrisch isoliert, beispielsweise durch Kunststoff- oder Keramikteile.
• Insbesondere eignet sich die vorliegende Erfindung für optische Steckverbinder des Herstellers Diamond SA. Bei diesen ist das Ende des Lichtwellenleiters in einer Metallfassung in einer Keramikferrule gefasst. Wenn die Metallfassung bündig mit dem Ende des Lichtwellenleiters abschließt, eignet sie ihre Stirnfläche als Kontaktfläche. Durch die Keramikferrule ist die Metallfassung gegenüber anderen Teilen des Steckverbinders elektrisch isoliert.
• Die beschriebenen Steckverbinder können Bestandteil einer Vorrichtung zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen von Licht und zumindest entweder zum Senden oder zum Empfangen eines elektrischen Signals oder elektrischer Leistung sein. Die Vorrichtung kann Bestandteil eines endoskopischen Systems, eines Chirurgielaser-Systems, insbesondere eines endoskopischen Chirurgielaser-Systems, eines faseroptischen Sensorsystems oder eines anderen Systems sein.
• Kurzbeschreibung der Figuren
• Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders;
• 2 eine schematische Darstellung des Steckverbinders aus 1;
• 3 eine schematische Darstellung zweier Steckverbinder vor einer Kopplung;
• 4 eine schematische Darstellung zweier gekoppelter Steckverbinder;
• 5 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders;
• 6 eine schematische Darstellung eines Videoendoskopie-Systems;
• 7 eine schematische Darstellung eines distalen Endes eines Videoendoskopie-Systems;
• 8 eine schematische Darstellung eines Chirurgielaser-Systems;
• 9 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders;
• 10 eine schematische Darstellung eines distalen Endes eines Chirurgielaser-Systems;
• 11 eine schematische Darstellung eines Fibroskop-Systems;
• 12 eine schematische Darstellung eines distalen Endes eines Fibroskop-Systems;
• 13 eine schematische Darstellung einer in eine Leitung integrierten Lichtquelle;
• 14 eine schematische Darstellung eines endoskopischen Sensorsystems;
• 15 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders;
• 16 eine schematische Darstellung eines distalen Endes des endoskopischen Sensorsystems aus 14;
• 17 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders;
• 18 eine schematische Darstellung einer Leitung;
• 19 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier gekoppelter Steckverbinder;
• 20 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier gekoppelter Steckverbinder,
• 21 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Leitung; und
• 22 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Leitung.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen eines Steckverbinders 100. 1 zeigt einen Schnitt entlang einer Schnittebene parallel zur Steckrichtung. 2 zeigt eine Draufsicht in einer Richtung parallel zur Steckrichtung.
• Der Steckverbinder 100 umfasst eine zumindest näherungsweise kreiszylindrische Ferrule 102 aus Keramik oder einem anderen elektrisch isolierenden Material. In einer zentrischen Bohrung der Ferrule 102 ist eine Metallfassung 104 angeordnet. In der Metallfassung 104 ist ein Ende eines Lichtwellenleiters 106 angeordnet. An einem Ende der Ferrule 102 stehen die Metallfassung 104 und das Ende des Lichtwellenleiters 106 geringfügig, insbesondere wenige Millimeter, über. Eine Stirnfläche der Metallfassung 104 bildet eine Kontaktfläche 108. Eine Stirnfläche des Endes des Lichtwellenleiters 106 bildet eine Lichtübertrittsfläche 110. Die Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 sind in einer Ebene angeordnet. Alternativ bilden die Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 eine leicht konvexe und zur Symmetrieachse der Ferrule 102, der Metallfassung 104 und des Lichtwellenleiters 106 symmetrische Fläche.
• Die Ferrule 102 ist in einer zentrischen Bohrung eines Mantels 120 angeordnet. Der elektrisch leitfähige Mantel 120 umfasst einen Kontakt 122, der die Form eines zylindrischen Kragens aufweist. Der Kontakt 122 steht in Richtung zu dem Ende der Ferrule 102 vor, an dem die Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 angeordnet sind. An einer Innenseite des zylindrischen Kontakts 122 ist ein Gewinde 124 zum Kuppeln des Steckverbinders 100 mit einem Gegensteckverbinder angeordnet. Anstelle eines Gewindes 124 kann ein Bajonettverschluss oder eine andere Einrichtung zum lösbaren Verbinden vorgesehen sein.
• Elektrische Leiter 130 sind über eine erste Lötstelle 132 mit der Metallfassung 104 bzw. über eine zweite Lötstelle 134 mit dem Mantel 120 elektrisch leitfähig verbunden. Anstelle der Lötstellen 132, 134 können auch Schweißpunkte bzw. Punktschweißungen, insbesondere Laserschweißpunkte, Reibschweißverbindungen, Crimpverbindungen, Schraub- oder andere Klemmungen, Klebungen mittels leitfähigen Klebstoffs, ring- oder Streifenförmige Anschlussbleche mit Lötlaschen oder andere elektrisch leitfähige Verbindungen vorgesehen sein. Die elektrischen Leiter 130 können als parallele oder miteinander verdrillte Adern vorgesehen, koaxial oder koaxial zum Lichtwellenleiter 106 angeordnet sein.
• Im Falle eines elektrisch leitfähigen Lichtwellenleiters, insbesondere eines metallisierten bzw. mit einer Metallschicht versehenen Lichtwellenleiters 106 kann einer der Leiter 130 entfallen bzw. durch den elektrisch leitfähigen Lichtwellenleiter oder die Metallschicht auf dem Lichtwellenleiter 106 gebildet sein. Diese Metallschicht ist dann beispielsweise mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff, einer Lötverbindung oder (bei einem mechanisch hinreichend robusten Lichtwellenleiter 106) durch Pressung, Klemmung oder eine Crimpverbindung mit der Metallfassung 104 elektrisch leitfähig verbunden. Beide Leiter 130 können in Form zweier übereinander liegender bzw. konzentrischer und durch eine Isolierschicht voneinander elektrisch isolierter Metallisierungen des Lichtwellenleiters 106 vorgesehen sein.
• Als weitere Alternative können einer der beiden Leiter 130 oder beide Leiter 130 als Drahtspirale, Geflecht oder Folienschlauch aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material und/oder in Form einer elektrisch leitfähigen Verstärkung oder Armierung für den Lichtwellenleiter 106 ausgebildet sein. Der oder die so ausgebildeten Leiter 130 können dabei innerhalb eines in den 1 und 2 nicht dargestellten flexiblen Mantels um den Lichtwellenleiter 106 angeordnet oder in den flexiblen Mantel integriert sein. Durch eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten kann eine elektrische Isolation vorgesehen sein. Wenn einer der Leiter 130 den anderen Leiter 130 koaxial oder im Wesentlichen koaxial mantelförmig umgibt, kann er gleichzeitig die Wirkung einer Schirmung gegen eine Einkopplung von Störsignalen aufweisen.
• Da der Mantel 120 von der Metallfassung 104 durch die Ferrule 102 elektrisch isoliert ist, können mit dem Steckverbinder 100 gleichzeitig eine optische Verbindung über die Lichtübertrittsfläche 110 und zwei elektrische Verbindungen über die Kontaktfläche 108 bzw. den Kontakt 122 hergestellt werden. Da der Mantel 120 und der Kontakt 122 die Ferrule 102 und die Metallfassung 104 in umfänglicher Richtung vollständig umschließen, sind sie als Schirmung bzw. Schirmkontakt des Steckverbinders 100 geeignet.
• Die 3 und 4 zeigen jeweils eine Darstellung zweier Steckverbinder 100 in einem Schnitt parallel zur Symmetrieachse der Steckverbinder 100. Jeder der Steckverbinder 100 entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Geometrie im Wesentlichen dem oben anhand der 1 und 2 dargestellten Steckverbinder 100.
• Die beiden Steckverbinder 100 können mittels einer Kupplungseinrichtung 140 so lösbar miteinander verbunden werden, dass gleichzeitig die Lichtübertrittsflächen 110 optisch und die Kontaktflächen 108 der Steckverbinder 100 elektrisch miteinander gekoppelt werden. Dazu weist die im Wesentlichen zylindermantelförmige Kupplungseinrichtung 140 an beiden Enden jeweils ein Gewinde 144 auf. Diese Gewinde 144 sind ausgebildet, um in die Gewinde 124 der Mantel 120 der Steckverbinder 100 einzugreifen. Wie bereits oben anhand der 1 und 2 erwähnt, können anstelle der Gewinde 124, 144 Bajonettverschlüsse oder andere Einrichtungen zum lösbaren mechanischen Verbinden vorgesehen sein.
• In der Kupplungseinrichtung 140 ist eine Führung 142 angeordnet, die ein elektrisch isolierendes oder auch ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Die Führung 142 kann mit der Kupplungseinrichtung 140 einstückig ausgeführt sein. Die Ferrulen 102 und die Führung 142, insbesondere deren zylinderförmige Innenfläche, weisen eine hinreichend präzise definierte Geometrie auf, um eine ausreichend genaue Ausrichtung der Lichtwellenleiter 106 und insbesondere der Lichtübertrittsflächen 110 zu gewährleisten.
• Während in 3 ein Zustand gezeigt ist, in dem die Kupplungseinrichtung 140 nur mit einem der beiden Steckverbinder 100 gekuppelt bzw. mechanisch verbunden ist, zeigt 4 eine Situation, in der beide Steckverbinder 100 über die Kupplungseinrichtung 140 miteinander mechanisch gekuppelt bzw. verbunden sind. Die Lichtübertrittsflächen 110 der beiden Steckverbinder 100 sind miteinander optisch gekoppelt, insbesondere liegen sie aneinander an. Die Kontaktflächen 108 der beiden Steckverbinder 100 sind miteinander elektrisch gekoppelt bzw. elektrisch leitfähig verbunden. Wenn die Kupplungseinrichtung 140 ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, sind ferner die Mantel 120 bzw. die Schirmkontakte 122 der Mantel 120 elektrisch gekoppelt bzw. elektrisch leitfähig miteinander verbunden. In diesem Fall bilden die Gewinde 124, 144 Kontaktflächen des Steckverbinders 100 bzw. der Kupplungseinrichtung 140.
• Die Kontaktfläche 108 und die Lichtübertrittsfläche 110 eines Steckverbinders 100 sind in einer Ebene angeordnet oder bilden zusammen im Wesentlichen eine glatte, leicht konvexe Fläche. Die Konvexität der durch die Lichtübertrittsfläche 110 und die Kontaktfläche 108 gebildeten Fläche ist so, dass bei der in 4 gezeigten Kupplung zweier Steckverbinder 100 durch Hertzsche Pressung nicht nur die Lichtübertrittsflächen 110, sondern auch die Kontaktflächen 108 einander berühren. Die Konvexität ist jedoch so gering, dass die bei dieser Hertzschen Pressung auftretenden mechanischen Spannungen weder die Lichtwellenleiter 106 oder die Lichtübertrittsflächen 110 noch die Metallfassungen 104 oder die Kontaktflächen 108 schädigen oder zerstören.
• Bei einem Lichtwellenleiter 106 aus Quarz (Elastizitätsmodul E = 7,3 × 10¹⁰ N/m², Querkontraktionszahl v = 0,3) mit einem Durchmesser von d = 125 μm und einem Radius der Oberfläche von r = 5 × 10^–2 m reicht eine Kraft von ca. 0,5 N damit die Hertzsche Abplattung größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 106 ist und die Kontaktflächen 108 einander berühren. Da typische Anpresskräfte bei faseroptischen Stecksystemen in der Größenordnung von 10 N liegen, reicht die Hertzsche Pressung zuverlässig aus, um neben einer optischen Kopplung auch eine elektrische Kopplung sicherzustellen.
• Anstelle einer konvexen Ausführung der Lichtübertrittsfläche und der Kontaktfläche ist jedoch auch eine Ebene oder eine leicht konkave Ausführung möglich. Besonders bei kohärenten Faserbündeln beispielsweise zur Bildübertragung und bei nicht kohärenten Faserbündeln ist eine direkte Berührung oft unerwünscht. In jedem Fall stellt die Anordnung der Lichtübertrittsfläche und der Kontaktfläche im Wesentlichen in einer Ebene sicher, dass bei einer Trennung der Steckverbindung die optische Kopplung erst aufgehoben wird, wenn die elektrische Kopplung bzw. die elektrisch leitfähige Verbindung bereits getrennt ist.
• Die anhand der 1 bis 4 dargestellten Steckverbinder 100 können für eine freie Rotierbarkeit um die Symmetrieachse der Lichtübertrittsfläche 110 und der Kontaktfläche 108 auch im gekoppelten Zustand ausgebildet sein. Dazu kann anstelle der Gewinde 124, 144 beispielsweise eine Einrast- oder Schnappverbindung vorgesehen sein. Alternativ kann der Mantel 120 drehbar mit der Ferrule 102 verbunden sein. Ferner ist beispielsweise eine zweiteilige Ausführung der Kupplungseinrichtung 140 möglich.
• Um im Fall einer relativen Rotierbarkeit zweier gekuppelter Steckverbinder 100 eine Abnutzung der miteinander gekoppelten Kontaktflächen 108 und vor allem der mit einander gekoppelten Lichtübertrittsflächen 110 zu verhindern oder zu mindern, können eine oder mehrere elektrisch bzw. optisch kompatible Gleitbeschichtungen vorgesehen sein. Dazu sind beispielsweise Beschichtungen verwendbar, die PTFE, Molybdänsulfid, Kohlenstoff (insbesondere diamantähnlichen Kohlenstoff bzw. DLC Diamond Like Carbon), Silikon, Wachs, ein Polymer, ein Protein, Silber oder Titannitrid (TiN) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann durch eine Nanostrukturierung der Kontaktflächen 108 und/oder der Lichtübertrittsflächen 110 eine Abnutzung durch Reiben verhindert oder verringert werden.
• Umgekehrt ist auch eine definierte relative Ausrichtung zweier Steckverbinder 100, der Kontaktflächen 108 und der Lichtübertrittsflächen 110 möglich. Dazu wird beispielsweise die axiale Symmetrie der Ferrule 102 und der Führung 142 durch Nocken, Nasen, Nuten, Stifte oder auf andere Weise gebrochen. Eine definierte Ausrichtung und ein Unterbinden einer relativen Verdrehung können beispielsweise vorteilhaft sein, wenn anstelle eines einzelnen Lichtwellenleiters 106 ein kohärentes Bündel von Lichtwellenleitern zur Bildübertragung vorgesehen ist.
• Die anhand der 1 bis 4 dargestellten Steckverbinder 100 sind ohne Weiteres gegen ein Eindringen von Staub oder eines Fluids aus der Steckrichtung abdichtbar. Dazu müssen lediglich die Verbindungen zwischen der Ferrule 102 und dem Mantel 120, zwischen der Metallfassung 104 und der Ferrule 102 und zwischen dem Lichtwellenleiter 106 und der Metallfassung 104 entsprechend ausgeführt sein. Beispielsweise können diese Verbindungen bzw. Übergänge durch entsprechend genaue Passungen, durch Pressungen, Klebungen, Dichtungen oder durch Aufschrumpfen fluiddicht ausgestaltet werden.
• 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Steckverbinders 100 in einem Schnitt parallel zu seiner Symmetrieachse. Der Steckverbinder 100 unterscheidet sich von den oben anhand der 1 bis 4 dargestellten Steckverbindern unter anderem dadurch, dass der Mantel 120 nicht starr mit der Ferrule 102 verbunden ist. Zwischen der Ferrule 102 und dem Mantel 120 sind eine Tellerfeder 152, die in Nuten in der Ferrule 102 und im Mantel 120 eingreift, und ein Dichtungselement 154, insbesondere ein O-Ring angeordnet. Der Mantel 120 ist somit gegenüber der Ferrule 102 in axialer Richtung im Rahmen der Elastizität der Tellerfeder 152 verschiebbar. Anstelle der Tellerfeder 152 kann eine Spiralfeder oder ein anderes elastisches Element vorgesehen sein. Die Funktionen der Tellerfeder 152 und des Dichtungselements 154 können in einem einzigen Element integriert sein.
• Ferner weist der in 5 dargestellte Steckverbinder 100 eine Knickschutztülle 156 auf. Die Knickschutztülle 156 ist mit dem Mantel 120 verbunden und liegt an ihrem vom Steckverbinder 100 abgewandten Ende mit einem inneren Umfang an einer Leitung 200, insbesondere deren Mantel 202 an. Die Leitung 200 umfasst den Lichtwellenleiter 106 und die Leiter 130. Das Dichtungselement 154 und die Knickschutztülle 156 dichten den Steckverbinder 100 und seinen Übergang in die Leitung 200 gegen ein Eindringen von Staub oder Fluiden ab. Die Knickschutztülle 156 kann ferner zur Zugentlastung der Verbindung zwischen Steckverbinder 100 und Leitung 200 und zur relativen Ausrichtung von Steckverbinder 100 und Leitung 200 bzw. zur Führung der Ferrule 102 ausgebildet sein.
• Der in 5 dargestellte Steckverbinder 100 kann mit einem weiteren entsprechenden Steckverbinder oder mit dem oben anhand der 1 und 2 dargestellten Steckverbinder ähnlich gekoppelt werden wie oben anhand der 3 und 4 dargestellt.
• 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Videoendoskopie-Systems mit einer Videoendoskopievorrichtung 300. Die Videoendoskopievorrichtung 300 umfasst eine Lichtquelle 310 mit einem Leuchtmittel 312, beispielsweise einer Bogenlampe und einem Spiegel 314. Die Lichtquelle umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 6 nur durch einen Kontakt 318 angedeutet ist und unten mit Bezug auf 17 näher beschrieben wird. Der Spiegel 314 weist beispielsweise die Form eines Rotationsellipsoids auf und bildet das Leuchtmittel 312 auf eine Öffnung im Kontakt 318 ab. Der Kontakt 318 ist damit gleichzeitig Ausgangsblende zur Ausblendung von Licht außerhalb des durch die Öffnung vorbestimmten Querschnitts. Die Lichtquelle 310 kann weitere optische und andere Elemente umfassen, die in 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Anstelle des Spiegels kann ein Linse oder ein anders abbildendes Element vorgesehen sein.
• Die Videoendoskopievorrichtung 300 umfasst ferner eine Kamerasteuerung 320, die über Leiter 322 mit dem Kontakt 318 und über diesen und einen in 6 nicht dargestellten Steckverbinder mit einem Steckverbinder 100 einer Leitung 200 verbunden werden kann. Die Kamerasteuerung 320 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 330 gekoppelt.
• Eine Videosonde umfasst eine Leitung 200 mit einem Steckverbinder 100, der mit der Videoendoskopievorrichtung 300 gekoppelt werden kann, und einem distalen Ende 340, das unten mit Bezug auf 7 näher beschrieben wird. Der Steckverbinder 100 entspricht beispielsweise einem der oben anhand der 1 bis 5 dargestellten Steckverbinder und kann wie in 6 angedeutet mit der Videoendoskopievorrichtung 300 gekoppelt werden. Dabei liegt die Kontaktfläche 108 des Steckverbinders 100 an dem Kontakt 318 der Videoendoskopievorrichtung 300 an. In der Öffnung des Kontakts 318 und an der Lichtübertrittsfläche 110 liegt ein Fokus des Spiegels 314. Die Ebene, in welcher der Fokus des Spiegels 314 liegt, und in die der Spiegel 314 das Leuchtmittel 312 abbildet, ist die Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders der Videoendoskopievorrichtung 300. Wenn der Steckverbinder 100 der Videosonde mit dem Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden ist, liegt die Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders 300 der Videosonde an der Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders der Videoendoskopievorrichtung 300. Ferner ist der Kontakt 122 des Steckverbinders 100 über den in 6 nur angedeutete Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300 und einen der Leiter 322 mit der Kamerasteuerung 320 verbunden.
• Der Kontakt 318 bildet einen mechanischen Anschlag in axialer Richtung des Lichtwellenleiters 106 und unterstützt damit eine präzise Positionierung der Lichtübertrittsfläche 110. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Lichtwellenleiter 106 ein SM-Lichtwellenleiter und/oder das Leuchtmittel 312 ein Laser ist.
• 7 zeigt eine schematische Darstellung des distalen Endes 340 der oben bereits anhand der 6 teilweise beschriebenen Videosonde. Das distale Ende 340, auch als Schnabelstück bezeichnet, umfasst ein Objektiv 342, einen lichtempfindlichen Chip 344 und eine Elektronik 346. Die Elektronik 346 ist über elektrische Leiter 130 mit der Kontaktfläche 108 bzw. dem Kontakt 122 des Steckverbinders 100 verbunden und kann über diese, den in 6 nur angedeuteten Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300, den Kontakt 318 und die Leiter 322 mit der Kamerasteuerung 320 verbunden werden. Neben dem Objektiv 342 liegt ein Ende des Lichtwellenleiters 106.
• Wenn der Steckverbinder 100, wie in 6 angedeutet, mit der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden bzw. gekoppelt ist, kann Licht vom Leuchtmittel 312 von dem Spiegel 314 auf die Lichtübertrittsfläche 110 fokussiert, vom Lichtwellenleiter 106 durch die Leitung 200 ans distale Ende 340 übertragen werden, dort austreten und ein in den 6 und 7 nicht dargestelltes Objekt beleuchten. Von dem Objekt reflektiertes, gestreutes oder beispielsweise aufgrund von Lumineszenz emittiertes Licht kann vom Objektiv 342 auf den lichtempfindlichen Chip 344 abgebildet und dort in ein elektrisches Signal gewandelt werden. Das elektrische Signal kann von der Elektronik 346 verstärkt und/oder aufbereitet und über die elektrischen Leiter 130, die Kontaktfläche 108 und den Kontakt 122 des Steckverbinders 100, den in 6 nicht dargestellten Steckverbinder der Videoendoskopievorrichtung 300, den Kontakt 318 und die Leiter 322 an die Kamerasteuerung 320 übertragen werden. Durch Aufbereitung der elektrischen Signale kann ein Bild erzeugt und an der Anzeigeeinrichtung 330 angezeigt werden. Neben einer Übertragung von elektrischen Signalen von der Elektronik 346 zur Kamerasteuerung ist auch eine Übertragung von elektrischer Leistung und Steuersignalen in umgekehrter Richtung möglich.
• Die in 6 dargestellte Leitung 200 und das in den 6 und 7 dargestellte distale Ende 340 des Videoendoskopie-Systems kann ferner Arbeits-, Saug- und Spülkanäle umfassen, die in den 6 und 7 im Sinne einer übersichtlichen Darstellung nicht gezeigt sind. Anstelle einer Bogenlampe kann das Leuchtmittel 312 der Videoendoskopievorrichtung 300 beispielsweise eine Halogenglühlampe oder eine Leuchtdiode umfassen oder auf einem Laser basieren.
• 8 zeigt eine schematische Darstellung eines (insbesondere endoskopischen) Chirurgielaser-Systems mit einer Chirurgielaservorrichtung 400. Die Chirurgielaservorrichtung 400 umfasst eine Lichtquelle 410 mit einem Laser 412 und einem Kollimator 414. Die Lichtquelle umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 8 nur durch einen Kontakt 418 angedeutet ist und unten mit Bezug auf 17 näher beschrieben wird. Ferner umfasst die Chirurgielaservorrichtung 400 eine Sicherheitseinrichtung 420, die mit der Lichtquelle 410 und über Leiter 422 mit dem in 8 nur angedeuteten Steckverbinder der Chirurgielaservorrichtung 400 verbunden ist. Der Kontakt 418 weist eine Öffnung auf und ist gleichzeitig Ausgangsblende zum Ausblenden von Licht außerhalb eines durch die Öffnung definierten Querschnitts.
• Die bereits erwähnte Lasersonde umfasst einen Steckverbinder 100, eine Leitung 200 und ein distales Ende 440. Der Steckverbinder 100 kann wie in 8 angedeutet über den in 8 nur angedeuteten Steckverbinder mit der Chirurgielaservorrichtung 400 gekoppelt werden.
• Der Kontakt 418 bildet einen mechanischen Anschlag in axialer Richtung des Lichtwellenleiters 106 und unterstützt damit eine präzise Positionierung der Lichtübertrittsfläche 110. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Lichtwellenleiter 106 ein SM-Lichtwellenleiter ist.
• 9 zeigt eine schematische Darstellung des Steckverbinders 100 der Lasersonde aus 8. Der Steckverbinder 100 unterscheidet sich von dem oben anhand der 5 dargestellten Steckverbinder insbesondere durch eine Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 und ein Kodierelement 434. Die Metallisierung 432 ist insbesondere mantelförmig, beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht, und beispielsweise an einer ersten Lötstelle 132 mit der Metallfassung 104 elektrisch leitfähig verbunden. Das Kodierelement 434 ist beispielsweise ein Widerstand mit einem definierten Widerstandswert oder ein anderes elektrisches oder analoges oder digitales elektronisches Bauelement zur Identifizierung der Lasersonde und/oder von deren Eigenschaften. Das Kodierelement 434 ist einerseits über eine zweite Lötstelle 134 mit dem Mantel 120 und andererseits mit einem elektrischen Leiter 130 verbunden, die in der Leitung 200 verläuft.
• 10 zeigt eine schematische Darstellung des bereits in 8 gezeigten distalen Endes 440 der Lasersonde bzw. des Chirurgielaser-Systems. Das distale Ende 440 umfasst ein Objektiv 442 und eine elektrisch leitfähige Verbindung 444 zwischen der Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 und dem elektrischen Leiter 130. Das Objektiv 442 ist so angeordnet, dass es aus einem Ende des Lichtwellenleiters 106 austretendes Licht auf ein Objekt 490 fokussieren kann. Anstelle eines einzelnen Lichtwellenleiters kann die Leitung 200 ein nicht-kohärentes, teil-kohärentes oder kohärentes Bündel von Lichtwellenleitern umfassen.
• Die Sicherheitseinrichtung 420 ist ausgebildet, um die Lichtquelle 410, insbesondere den Laser 412, nur dann einzuschalten, wenn ein Sicherheitsstromkreis geschlossen ist, und bei Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises auszuschalten. Der Sicherheitsstromkreis führt von der Sicherheitseinrichtung 420 über einen der beiden Leiter 422, den in 8 nur angedeuteten Steckverbinder, die Kontaktfläche 180 des Steckverbinders 100, die erste Lötstelle 132, die Metallisierung 432 auf dem Lichtwellenleiter 106, die leitfähige Verbindung 444 am distalen Ende 440, den elektrische Leiter 130, das Kodierelement 434, die zweite Lötstelle 134, den Mantel 120, die das Gewinde bzw. die Kontaktfläche 124, den in 8 nur angedeuteten Steckverbinder der Chirurgielaservorrichtung 400 und den zweiten Leiter 422 zurück zur Sicherheitseinrichtung 420. Da die Metallisierung 432 des Lichtwellenleiters 106 erst am distalen Ende 440 mit dem Leiter 130 verbunden ist, kann die Sicherheitseinrichtung 420 neben einer Trennung des Steckverbinders 100 der Lasersonde von der Chirurgielaservorrichtung 400 auch jeden Bruch des Lichtwellenleiters 106 in der Leitung 200 erkennen und den Laser 412 ausschalten.
• Wenn der Steckverbinder 100 der Lasersonde mit der Chirurgielaservorrichtung 400 gekoppelt ist, fokussiert der Kollimator 414 Licht des Lasers 412 auf die Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 in der Öffnung des Kontakts 418. Der Kontakt 418 wirkt gleichzeitig als Austrittsblende zur Ausblendung von Licht außerhalb des durch die Öffnung definierten Querschnitts. Der Teilbereich der Ebene, in welche der Kollimator 414 das Licht des Lasers 412 fokussiert, innerhalb der Öffnung des Kontakts 418 ist die Lichtübertrittsfläche des in 8 nur angedeuteten Steckverbinders der Chirurgielaservorrichtung 400. Vom Laser 412 emittiertes, vom Kollimator 414 fokussiertes, vom Lichtwellenleiter 106 übertragenes und vom Objektiv 442 auf das Objekt 490 fokussiertes Licht ist in Bezug auf Wellenlänge, Leistung und auf dem Objekt 490 erzielter Intensität auf die Leistungsfähigkeit des Lichtwellenleiters 106, Eigenschaften des Objektivs 442 und das Objekt 490 abgestimmt, um das Objekt 490 zu bearbeiten. Beispiele sind eine thermische Behandlung eines Tumors, eine Koagulation von Gewebe oder eine Zertrümmerung eines Steins. Die Sicherheitseinrichtung 420 kann beispielsweise anhand des durch das Kodierelement 434 eingestellten Widerstands oder einer anderen Eigenschaft des Kodierelements 434 die Eigenschaften der Lasersonde, insbesondere des Lichtwellenleiters 106 und des Objektivs 442 erkennen und die Leistung des Lasers 412 dazu passend einstellen.
• Auch bei dem oben anhand der 6 und 7 beschriebenen Videoendoskopie-System kann eine ähnliche Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, welche die Lichtquelle 310 ausschaltet bzw. nicht einschaltet, wenn kein Steckverbinder 100 einer intakten Videosonde mit der Videoendoskopievorrichtung 300 verbunden ist.
• 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Fibroskop-Systems mit einer Fibroskopvorrichtung 500. Die Fibroskopvorrichtung 500 umfasst eine Kamera 510 mit einer lichtempfindlichen Fläche 512 und einem Objektiv 514. Die Kamera 510 umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 11 nur durch einen Kontakt 518 angedeutet ist und unten mit Bezug auf 17 näher beschrieben wird. Der Kontakt 518 weist eine Öffnung auf und ist gleichzeitig Ausgangsblende zum Ausblenden von Licht außerhalb eines durch die Öffnung definierten Querschnitts. Die lichtempfindliche Fläche 512 der Kamera 510 ist in einer Bildebene des Objektivs 514 angeordnet. Der Teilbereich der zugehörigen Gegenstandsebene innerhalb der Öffnung des Kontakts 518 ist die Lichtübertrittsfläche des in 11 nur angedeuteten Steckverbinders der Fibroskopvorrichtung 500.
• Ferner umfasst die Fibroskopvorrichtung 500 eine Leistungsversorgung 520 für eine unten mit Bezug auf 12 beschriebene Leuchtdiode. Die Leistungsvorsorgung 520 ist über Leiter 522 mit dem Kontakt 518 und dem in 11 nur angedeuteten Steckverbinder der Fibroskopvorrichtung 500 verbunden und kann über diesen mit einem Steckverbinder 100 einer Fibroskopsonde gekoppelt werden. Die bereits erwähnte Fibroskopsonde umfasst den Steckverbinder 100 an einem Ende einer Leitung 200 und ein distales Ende 540 am anderen Ende der Leitung 200. Eine optionale in der Leitung 200 angeordnete Lichtquelle 550 wird unten mit Bezug auf 13 beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich zunächst nur auf eine Fibroskopvorrichtung 500 ohne die optionale Lichtquelle 550.
• 12 zeigt eine schematische Darstellung des distalen Endes 540 der in 11 gezeigten Fibroskopsonde bzw. des Fibroskop-Systems. Das distale Ende 540 umfasst ein Ende eines kohärenten Bündels von Lichtwellenleitern 106, das sich durch die Leitung 200 von dem Steckverbinder 100 bis zum distalen Ende 540 erstreckt. Ferner umfasst das distale Ende 540 ein Objektiv 542 und eine Leuchtdiode 544. Das Objektiv 542 ist ausgebildet und angeordnet, um Licht auf das Ende des Bündels von Lichtwellenleitern 106 zu fokussieren. Die Leuchtdiode 544 ist mit den elektrischen Leiter 130 verbunden.
• Wenn die Fibroskopsonde, insbesondere deren Steckverbinder 100, über den in 11 nur angedeuteten Steckverbinder der Fibroskopvorrichtung 500 mit dieser gekoppelt ist, kann die Leuchtdiode 544 über die elektrischen Leiter 522, den in 11 nur angedeuteten Steckverbinder der Fibroskopvorrichtung 500, die Kontaktfläche 108, den Kontakt 122, die Lötstellen 132, 134 und die elektrischen Leiter 130 mit elektrischer Leistung versorgen. Von der Leuchtdiode 544 emittiertes Licht kann auf ein Objekt 590 fallen. Von dem Objekt 590 reflektiertes, gestreutes oder beispielsweise aufgrund von Lumineszenz emittiertes Licht kann vom Objektiv 542 auf das Ende des Bündels von Lichtwellenleitern 106 fokussiert, vom Lichtwellenleiter 106 zur Kamera 510 übertragen und dort durch das Objektiv 514 auf die lichtempfindliche Fläche 512 fokussiert werden. Ein Bild des Objekts 590 kann so von der Kamera 510 erfasst, aufbereitet und mittels der Anzeigeeinrichtung 530 angezeigt werden.
• Wiederum sind Arbeits-, Saug- und Spülkanäle und andere Elemente im Sinne einer übersichtlichen Darstellung in den 11 und 12 nicht gezeigt. Anstelle der Leuchtdiode 544 kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine andere Lichtquelle vorgesehen sein. Ferner kann mittels eines weiteren Lichtwellenleiters in der Leitung 200 Licht von einer Lichtquelle in der Fibroskopvorrichtung 500 zum distalen Ende 540 übertragen werden, um das Objekt 590 zu beleuchten. Insbesondere bei Verwendung von Laserlicht zur Beleuchtung aus einem proximal oder distal angeordneten Laser sind auch Speckleinterferometrische oder fluoreszenzabbildende Untersuchungen möglich.
• 13 zeigt eine schematische Darstellung der bereits oben mit Bezug auf 11 erwähnten optionalen Lichtquelle 550. Die Lichtquelle 550 ist mit einem eigenen Gehäuse in der Leitung 200 zwischen dem Steckverbinder 100 und dem distalen Ende 540 angeordnet, beispielsweise nahe dem Steckverbinder 100. Alternativ kann die Lichtquelle 550 abweichend von der Darstellung in den 11 und 13 beispielsweise in den Steckverbinder 100 integriert bzw. mit diesem in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
• Die Lichtquelle 550 umfasst eine oder mehrere Leuchtdioden 552. Jeder der Leuchtdioden 552 sind ein Objektiv 554 und ein weiterer Lichtwellenleiter 556 zugeordnet. Die Leuchtdiode 552, Objektiv 554 und ein Ende des weiteren Lichtwellenleiters 556 sind jeweils wo angeordnet, dass von der Leuchtdiode 552 erzeugtes Licht in den weiteren Lichtwellenleiter 556 eingekoppelt wird. Eine Kontrollelektronik oder Steuerung 558 ist mit den Leitern 130 sowie mit der oder den Leuchtdioden 552 verbunden, um beispielsweise Spannung, Strom, elektrische Leistung, Temperatur, und/oder Lichtleistung der Leuchtdioden zu steuern, zu regeln und/oder zu überwachen.
• Der oder die weiteren Lichtwellenleiter 556 erstrecken sich von der Lichtquelle 550 zum distalen Ende der Fibroskopsonde bzw. des Fibroskop-Systems. Dieses distale Ende unterscheidet sich von dem oben anhand der 12 dargestellten distalen Ende 540 dadurch, dass anstelle der Leuchtdiode 544 oder zusätzlich zu ihr das bzw. die Enden des bzw. der weiteren Lichtwellenleiter 556 zur Beleuchtung des Objekts 590 vorgesehen sind. Dazu sind beispielsweise bei dem bzw. den Enden der Lichtwellenleiter 556 im distalen Ende 540 Objektive angeordnet. Ferner können im distalen Ende 540 Fluoreszenzkörper zur Erzeugung von Licht, das sich von dem von der oder den Leuchtdioden erzeugten Licht unterscheidet, vorgesehen sein, beispielsweise nach dem als „Micro-White” bekannten Konzept.
• Wenn die Lichtquelle 550 mehrere Leuchtdioden 552 aufweist, können diese Leuchtdioden zur Emission von Licht unterschiedlicher Wellenlänge bzw. unterschiedlicher spektraler Eigenschaften ausgebildet sein. Jede einzelne Leichtdiode 552 emittiert beispielsweise Licht im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich. Damit kann das Objekt 590 mit einem an das Objekt 590 und/oder ein Medium zwischen dem distalen Ende 540 und dem Objekt 590 angepassten Spektrum beleuchtet werden. Alternativ zu den Leuchtdioden 552 kann die Lichtquelle 550 andere Leuchtmittel umfassen, beispielsweise Laserdioden oder Halogenlampen.
• Abweichend von den obigen Darstellungen anhand der 5 bis 13 können bei den dort beschriebenen Beispielen einer der beiden Leiter 130 oder beide Leiter 130 als Drahtspirale, Geflecht oder Folienschlauch aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material und/oder in Form einer elektrisch leitfähigen Verstärkung oder Armierung für den Lichtwellenleiter 106 ausgebildet sein. Der oder die so ausgebildeten Leiter 130 können dabei innerhalb des Mantels 202 um den Lichtwellenleiter 106 angeordnet oder in den Mantel 202 integriert sein. Durch eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten kann eine elektrische Isolation vorgesehen sein. Wenn einer der Leiter 130 den anderen Leiter 130 koaxial oder im Wesentlichen koaxial mantelförmig umgibt, kann er gleichzeitig die Wirkung einer Schirmung gegen eine Einkopplung von Störsignalen aufweisen.
• 14 zeigt ein faseroptisches Sensorsystem mit einer Sensorvorrichtung 600. Die Sensorvorrichtung 600 umfasst eine Detektionseinrichtung 610 mit einer Lichtquelle 612, insbesondere einem Laser, einem ersten Detektor 614, einem Strahlteiler 615, einem zweiten Detektor 616 und einem Kollimator 617. Die Detektionseinrichtung 610 umfasst ferner einen Steckverbinder, der in 14 nur durch einen Kontakt 618 angedeutet ist und unten mit Bezug auf 17 näher beschrieben wird. Der Kontakt 618 ist als Blende mit einer Öffnung zum Ausblenden von Licht außerhalb eines durch die Öffnung definierten Querschnitts ausgebildet. Der Teilbereich der Ebene, in welche der Kollimator 617 das Licht der Lichtquelle 612 fokussiert, innerhalb der Öffnung des Kontakts 618 ist die Lichtübertrittsfläche des in 14 nur angedeuteten Steckverbinders der Sensorvorrichtung 600.
• Der erste Detektor 614 ist zur Erfassung der von der Lichtquelle 612 abgegebenen Intensität oder Leistung ausgebildet. Der zweite Sensor 616 ist zur Erfassung von Licht aus Richtung der Öffnung des Kontakts 618 ausgebildet.
• Ferner umfasst die Sensorvorrichtung 600 eine Auswerteeinrichtung 620, die mit der Detektionseinrichtung 610 gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung 620 ist ferner über Leiter 622 mit dem in 14 nur angedeuteten Steckverbinder der Sensorvorrichtung 600 verbunden. In 14 ist ferner eine faseroptische Sensorsonde mit einem Steckverbinder 100, einer Leitung 200 und einem distalen Ende 640 dargestellt.
• 15 zeigt eine schematische Darstellung des Steckverbinders 100 der in 14 gezeigten faseroptischen Sensorsonde. Der Steckverbinder 100 unterscheidet sich von den oben anhand der 5 und 9 dargestellten Steckverbindern dadurch, dass ein Kodierelement 634 die erste Lötstelle 132 und die zweite Lötstelle 134 verbindet. Das Kodierelement kann ähnlich wie bei dem oben anhand der 8 bis 10 dargestellten Beispiel ein elektrischer Widerstand mit einem definierten Widerstandswert oder ein anderes elektrisches oder analoges oder digitales elektronisches Bauelement sein.
• 16 zeigt eine schematische Darstellung des auch in 14 gezeigten distalen Endes 640 der faseroptischen Sensorsonde. Das distale Ende 640 umfasst ein Objektiv 642 und ein Sensormedium 644. Das Objektiv 642 fokussiert aus dem Ende des Lichtwellenleiters 106 austretendes Licht auf das Sensormedium 644. Ferner fokussiert das Objektiv 642 vom Sensormedium 644 gestreutes, reflektiertes oder aufgrund von Lumineszenz oder aus anderen Gründen vom Sensormedium 644 emittiertes Licht auf das Ende des Lichtwellenleiters 106.
• Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, um zu erfassen, ob der Stromkreis über einen ersten Leiter 622, den in 14 nur angedeuteten Steckverbinder der Sensorvorrichtung 600, die Kontaktfläche 108, die erste Lötstelle 132, das Kodierelement 634, die zweite Lötstelle 134, den Mantel 120, die Kontaktfläche 124, den in 14 nicht dargestellten Steckverbinder der Sensorvorrichtung 600 und den zweiten Leiter 622 geschlossen ist und über diesen Stromkreis in dem Kodierelement 634 kodierte Information auszulesen. Die ausgelesene Information beschreibt Eigenschaften der faseroptischen Sensorsonde, insbesondere des Sensormediums 644.
• Wenn die faseroptische Sensorsonde mit der Sensorvorrichtung 600 gekoppelt ist, aktiviert die Auswerteeinrichtung 620 die Lichtquelle 612. Ein Teil des Lichts der Lichtquelle 612 wird vom Strahlteiler 615 auf den ersten Detektor 614 geworfen, um einen Referenzwert für die von der Lichtquelle 612 ausgehende Intensität oder den von ihr ausgehenden Lichtfluss zu erhalten. Ein anderer Teil des von der Lichtquelle 612 ausgehenden Lichts tritt durch den Strahlteiler 615 hindurch, wird von dem Kollimator 617 auf die Öffnung im Kontakt 618 und die Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 fokussiert. Das Licht wird vom Lichtwellenleiter 106 zum distalen Ende 640 übertragen und vom Objektiv 642 auf das Sensormedium 644 fokussiert.
• Das Sensormedium 644 ändert seine optischen Eigenschaften abhängig von einer am distalen Ende 640 herrschenden Umgebungsbedingung, beispielsweise Temperatur, Druck, pH-Wert oder Innenkonzentrationen. Beispielsweise ist das Sensormedium 644 eine dünne Membran an einem evakuierten oder mit einem Gas gerillten Hohlraum, die sich vom Umgebungsdruck abhängig verformt. Zur Temperaturmessung kann das Sensormedium einen temperaturabhängigen Brechungsindex und/oder einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so dass der optische Pfad im Sensormedium sich abhängig von der Temperatur ändert. Für einen chemischen Sensor wird ein Sensormedium verwendet, das beispielsweise eine (selektive) Permeabilität aufweist und abhängig vom Analyt oder einer Konzentration eines vorbestimmten Stoffs im Analyt sein Absorption-, Fluoreszenz- oder anderes Emissionsverhalten ändert.
• Vom Sensormedium 644 reflektiertes, gestreutes oder emittiertes Licht wird vom Objektiv 642 auf das Ende des Lichtwellenleiters 640 fokussiert, vom Lichtwellenleiter 106 zur Lichtübertrittsfläche 110 übertragen und tritt dort aus. Das an der Lichtübertrittsfläche 110 austretende Licht wird vom Kollimator 617 kollimiert und vom Strahlteiler 615 teilweise auf den zweiten Detektor 616 geworfen. Die Auswerteeinrichtung berechnet aufgrund der Messwerte des ersten Detektors 614 und des zweiten Detektors 616 sowie der im Kodierelement 634 kodierten Information über das Sensormedium 644 und die faseroptische Sensorsonde, einen Wert der Umgebungsbedingung, von der die optische Eigenschaft des Sensormedium 644 abhängt.
• Alternativ zu dem oben anhand der 14 dargestellten Aufbau der Detektionseinrichtung 610 kann diese anstelle des ersten Detektors 614 einen Spiegel enthalten. Die Detektionseinrichtung 610 umfasst in diesem Fall ein Michelson-Interferometer, mit dem eine Verformung des Sensormediums 644 oder eine Änderung des Brechungsindex des Sensormediums 644 hochempfindlich erfasst werden kann. Dazu erzeugt die Lichtquelle 612 kohärentes Licht, das durch den Strahlteiler 615 in einen Referenzstrahl und einen Messstrahl aufgeteilt wird. Der Referenzstrahl wird durch den anstelle des Detektors 614 vorgesehenen Spiegel reflektiert und fällt auf den Detektor 616. Der Messstrahl wird über den Lichtwellenleiter 106 auf das Sensormedium 644 gerichtet. Der am Sensormedium 644 reflektierte oder gestreute Messstrahl wird vom Strahlteiler 615 auf den Detektor 616 gelenkt. Am Detektor 616 interferieren der Messstrahl und der Referenzstrahl. Die vom Detektor 616 erfasste Intensität ist eine Funktion der Phasendifferenz des Messstrahls und des Referenzstrahls.
• 17 zeigt eine schematische Darstellung eines Steckverbinders 700, wie er beispielsweise in den oben mit Bezug auf die 6 bis 16 dargestellten Vorrichtungen bzw. Systemen verwendbar ist. Der Steckverbinder 700 umfasst eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche 708 mit einer Öffnung. Ein Bereich der durch die Kontaktfläche 708 definierten Ebene innerhalb der Öffnung bildet eine Lichtübertrittsfläche 710 des Steckverbinders 700. Die Kontaktfläche 708 ist an einem Kontakt 718 angeordnet, der gleichzeitig als Blende zum Ausblenden von Licht außerhalb der Lichtübertrittsfläche 710 wirkt.
• Ferner umfasst der Steckverbinder 700 eine Führung 742 mit einem Gewinde 744 und einem Flansch 750, die einstückig ausgebildet sein können und über einen Isolator 760 mit dem Kontakt 718 verbunden sind. Der Isolator umfasst beispielsweise Keramik, Glas oder ein kristallines Material und kann an den Fügeflächen metallisiert sein. Der Flansch kann Löcher für eine Befestigung an einem Gehäuse oder einer anderen Einrichtung mittels Schrauben aufweisen. Am Kontakt 718 ist eine erste Lötstelle 732 angeordnet, am Flansch 750 bzw. an der Führung 742 ist eine zweite Lötstelle 734 angeordnet. Diese Lötstellen können beispielsweise mit den Leiter 322, 422, 522, 622 der oben anhand der 6 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiele verbunden sein.
• Der Steckverbinder 700 ist ausgebildet, um mit einem der oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten Steckverbinder 100 gekoppelt zu werden. Dabei liegt die Kontaktfläche 108 des Steckverbinders 100 an der Kontaktfläche 708 des Steckverbinders 700 an, das Gewinde 124 des Steckverbinders 100 greift in das Gewinde 744 des Steckverbinders 700 ein und die Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 ist an der Lichtübertrittsfläche 710 des Steckverbinders 700 angeordnet. Damit sind der Steckverbinder 100 und der Steckverbinder 700, insbesondere deren Kontaktflächen 108, 708 elektrisch gekoppelt bzw. elektrisch leitfähig verbunden, und die Lichtübertrittsfläche 110 des Steckverbinders 100 fällt mit der Lichtübertrittsfläche 710 des Steckverbinders 700 zusammen, so dass auch eine optische Kopplung vorliegt.
• 18 zeigt eine schematische Darstellung einer Leitung 200 zum Übertragen zumindest entweder eines elektrischen Signals oder elektrischer Leistung und zum Übertragen von Licht zwischen zwei Enden der Leitung. An beiden Enden der Leitung 200 sind gleiche oder voneinander verschiedene Steckverbinder, wie sie oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 beschrieben wurden, angeordnet. Bei Verwendung von Steckverbindern, wie sie oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 beschrieben wurden, können die Enden der Leitung 200 bei vielen Anwendungen folgenlos vertauscht werden, da es keine Unterscheidung nach männlichen und weiblichen Steckverbindern gibt. Ferner können für viele Anwendungen mehrere Leitungen 200 problemlos in Serie mit einander verbunden werden. Dazu wird beispielsweise jeweils eine Kupplungseinrichtung 140 verwendet, wie sie oben anhand der 3 dargestellt wurde.
• Die 19 und 20 zeigen je eine schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier miteinander gekoppelter Steckverbinder ähnlich den oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten Steckverbindern. Jeder Steckverbinder weist konzentrisch eine Ferrule 102, eine Metallfassung 104 und einen Lichtwellenleiter 106 auf. Die Ferrulen 102 der beiden miteinander gekoppelten Steckverbinder sind jeweils durch eine Führung 142 gegeneinander ausgerichtet. Ferner weist jeder Steckverbinder einen Kollimator in Form einer Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse) 192 auf. Diese Kollimatoren sind zwischen den Lichtwellenleitern 106 und Lichtübertrittsflächen 110 angeordnet. Die Verwendung von Kollimatoren 192 eignet sich insbesondere zur Verringerung der Strahlungsintensität von mittels des Lichtwellenleiters 106 übertragener Laserstrahlung und damit zur Verhinderung von thermisch bedingten Oberflächendefekten.
• Bei dem in 19 dargestellten Beispiel sind Kontaktflächen 108 an den Metallfassungen 104 und Lichtübertrittsflächen 110 jeweils in einer Ebene angeordnet oder durch Hertz'sche Pressung mit einer ausreichenden Kraft soweit verformt, dass sie vollflächig aneinander anliegen. Bei dem in 20 dargestellten Beispiel liegen Kontaktfläche 108 und Lichtübertrittsfläche 110 eines Steckverbinders in einer konkaven Fläche. Die Kontaktflächen 108 werden nur so fest aneinandergepresst, dass die konkaven Flächen nicht wesentlich verformt werden. Die Lichtübertrittsflächen 110 berühren einander deshalb nicht. Eine Beschädigung der Lichtübertrittsflächen 110 bei einer Rotation der Steckverbinder gegeneinander durch Verkratzen ist deutlich unwahrscheinlicher als bei dem in 19 dargestellten Beispiel. Die Lichtübertrittsflächen 110 des in 20 dargestellten Beispiels sind vorteilhaft antireflexbeschichtet. Eine konkave Ausgestaltung der Lichtübertrittsflächen 110, wie sie in 20 gezeigt ist, ist auch bei kohärenten und nicht kohärenten Faserbündeln vorteilhaft.
• Die 21 und 22 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ferrule 102, eine Metallfassung 104 und ein in der Metallfassung angeordnetes Faserbündel. Die dargestellte Schnittebene liegt dabei in unmittelbarer Nähe der Lichtübertrittsfläche und der Kontaktfläche. Eine Draufsicht auf die Lichtübertrittsfläche und die Kontaktfläche eines Steckverbinders kann ebenfalls der Darstellung in 21 bzw. 22 entsprechen. Das Faserbündel umfasst jeweils koaxial ein inneres Bündel 802 und ein äußeres Bündel 804.
• In dem Faserbündel ist jeweils ein Septum 800 angeordnet. Das Septum weist beispielsweise Kupfer, Aluminium oder ein anderes Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf, um durch Absorption von Licht im Inneren des Faserbündels deponierte Wärme nach außen abzuleiten. Bei dem in 21 gezeigten Beispiel ist das Septum einteilig und im Wesentlichen eben parallel zu einem Durchmesser des Faserbündels. Bei dem in 22 dargestellten Beispiel ist das Septum mehrteilig und im Querschnitt sternförmig. Ferner ist bei dem in 22 dargestellten Beispiel in der Mitte des Faserbündels eine Faserfassung 806 angeordnet, die eine Einzelfaser in Form eines SM- oder MM-Lichtwellenleiters 106 (SM = Single Mode; MM = Multimode) hält. Die Faserfassung 806 kann mit den Teilen des Septums beispielsweise durch Löten oder Laserschweißen verbunden sein. Die in 22 dargestellte Abwinkelung der radial äußeren Enden des Septums verbessert die Wärmeabgabe und durch Federwirkung die Zentrierung des Septums.
• Kohärente, teilkohärente oder nicht-kohärente Bündel von Lichtwellenleitern, wie sie in den 21 und 22 gezeigt sind, sind mit den oben dargestellten Steckverbindern verwendbar. Sie eignen sich beispielsweise zur Übertragung von Licht von Halogen-Glühlampen, Xenonlampen, Metall-Halid-Bogenentladungslampen oder von Lasern und können bei den oben anhand der 6 bis 16 dargestellten Beispielen verwendet werden.
• Außer bei den oben anhand der 6 bis 16 dargestellten Beispielen können die oben dargestellten Steckverbinder auch bei Endoskopen mit laserinduzierter fasergepumpter Fluoreszenzbeleuchtung (auch als MicroWhite-Beleuchtung bezeichnet), bei der Übertragung von Licht von einem Superkontinuum-Weißlichtlaser zu einem Endoskop, bei der Übertragung von (insbesondere blauem oder ultraviolettem) Licht für eine (insbesondere endoskopische) Photodynamische Diagnose (PDD), bei der Übertragung von Licht für eine Photodynamische Therapie (PDT) und bei der Übertragung von Licht zu Endoskopen oder Messsonden aller Art verwendet werden. Dabei gewährleisten die beschriebenen Eigenschaften der Steckverbinder, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Kontaktflächen 108, 708 unterbrochen wird bevor eine optische Kopplung zwischen Lichtübertrittsflächen unterbrochen wird. Bei Unterbrechung der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Kontaktflächen können eine Lichtquelle ausgeschaltet und/oder ein Warnsignal erzeugt werden. Das Risiko von Schäden oder Verletzungen durch austretendes Licht, insbesondere Laserlicht, wird dadurch deutlich gemindert. Gleichzeitig können gegebenenfalls trotz einer im Wesentlichen freien Verdrehbarkeit der Steckverbindung zuverlässig elektrische Leistung, Steuer- oder Datensignale oder Kodierinformation übertragen werden. So übertragene elektrische Leistung dient beispielsweise der Heizung von Ein- oder Austrittsfenstern zur Vermeidung eines Beschlagens.
• Bei allen oben dargestellten Ausführungsformen können die Lichtübertrittsflächen 110 mit Antireflex-Beschichtungen und/oder mit einer wärmeleitenden transparenten Schicht (beispielsweise Diamant) versehen sein. Reflexe an der Lichtübertrittsfläche können auch durch Strukturieren einer solchen Schicht vermindert werden.
• Alle oben anhand der 1 bis 5, 9 und 15 dargestellten Steckverbinder können ferner Temperaturfühler enthalten, die über die Kontaktfläche 108 und die Kontaktfläche 124 am Mantel 120 kontaktiert werden. Wenn die Temperatur des Steckverbinders eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann eine Sicherungseinrichtung die Leistung einer Lichtquelle reduzieren oder ausschalten. Im einfachsten Fall ist der Temperaturfühler eine Thermosicherung.
• Außer zu der oben beschriebenen Übertragung von Kodierinformation, zur Bildung eines Sicherheitsstromkreises, zur Übertragung von Steuer- oder Bildsignalen können die Kontaktfläche 108, der Kontakt 122 und die Leiter 130 auch zur Übertragung von elektrischer Heizleistung, von Kennlinien-Daten, einer Seriennummer, einer Gebrauchsdauer, der Anzahl der bereits ausgeführten Autoklavierungszyklen, dem Zeitpunkt der letzten Autoklavierung, oder zur Speisung von Sensoren, Kameras oder Zusatzlichtquellen verwendet werden, beispielsweise zur Anregung bei spektroskopischen Analysen.
• Wie bereits erwähnt kann ein Steckverbinder 100 ein Kodierelement 434, 634 umfassen. Das Kodierelement kann ein Widerstand oder ein anderes elektrisches oder elektronisches Bauelement sein, beispielsweise ein Speicherchip. Eine Validierung einer korrekten Steckverbindung kann beim Abfragen von Kodierinformation, beispielsweise von Information in einem Speicherchip erfolgen. Dabei wird nicht nur das Vorliegen einer ordnungsgemäßen elektrischen und optischen Kopplung geprüft. Gleichzeitig kann festgestellt werden, ob die mit einander über die Steckverbindung verbundenen Einrichtungen kompatibel sind. Eine Kodierung von Steckverbindern für verschiedene Zwecke oder Anwendungen durch Farbe, Form, Größe, Haptik, Gestaltung der mechanischen Kupplung ist somit durch eine elektrische und automatisch abfragbare Kodierung ergänzbar. Wenn kein Verdrehen von Steckverbinder und Gegensteckverbinder gegeneinander vorgesehen ist, ist auch eine Kodierung über Nocken, Nasen oder Nuten möglich.
• Bezugszeichenliste

100

Steckverbinder

102

Ferrule

104

Metallfassung

106

Lichtwellenleiter

108

Kontaktfläche des Steckverbinders 100

110

Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders 100

120

Mantel des Steckverbinders 100

122

Kontakt

124

Kontaktfläche bzw. Gewinde

130

elektrische Leitung

132

erste Lötstelle

134

zweite Lötstelle

140

Kupplungseinrichtung

142

Führung

144

Kontaktfläche bzw. Gewinde

152

Tellerfeder

154

Dichtungselement

156

Knickschutztülle

192

Kollimator

200

Leitung

202

Mantel der Leitung 60

300

Videoendoskopievorrichtung

310

Lichtquelle

312

Leuchtmittel

314

Spiegel

318

Kontakt

320

Kamerasteuerung

322

Leitung zur Kamerasteuerung

330

Anzeigeeinrichtung

340

distales Ende (Schnabelstück)

342

Objektiv

344

lichtempfindlicher Chip

346

Elektronik

400

Chirurgielaservorrichtung

410

Lichtquelle

412

Laser

414

Kollimator

418

Kontakt

420

Sicherheitseinrichtung

422

Leitung zur Sicherheitseinrichtung

432

Metallisierung

434

Kodierelement

440

distales Ende

442

Objektiv

444

leitfähige Verbindung

490

Objekt

500

Fibroskopvorrichtung

510

Kamera

512

lichtempfindliche Fläche der Kamera 510

514

Objektiv

518

Kontakt

520

Leistungsversorgung

522

Leitung zur Leistungsversorgung

530

Anzeigeeinrichtung

540

distales Ende

542

Objektiv

544

Leuchtdiode

550

Lichtquelle

552

Leuchtdiode

554

Objektiv

556

weiterer Lichtwellenleiter

558

Steuerung

590

Objekt

600

Sensorvorrichtung

610

Detektionseinrichtung

612

Lichtquelle

614

erster Detektor

616

zweiter Detektor

618

Kontakt

620

Auswerteeinrichtung

622

Leitung zur Auswerteeinrichtung

634

Kodierelement

640

distales Ende

642

Objektiv

644

Sensormedium

700

Steckverbinder

708

Kontaktfläche des Steckverbinders 700

710

Lichtübertrittsfläche des Steckverbinders 700

718

Kontakt

732

erste Lötstelle

734

zweite Lötstelle

742

Führung

744

Gewinde

750

Flansch

760

Isolator

800

Septum

802

inneres Bündel

804

äußeres Bündel

806

innere Faserfassung

Claims (9)

1. Steckverbindung (100; 700), bestehend aus einem Steckverbinder (100), einer Kupplungseinrichtung (140) und einem Gegensteckverbinder (100), wobei eine elektrische und eine optische Kopplung zwischen dem Steckverbinder (100; 700) und dem Gegensteckverbinder (100; 700) erfolgt, wobei der Steckverbinder umfasst: einen elektrisch leitfähigen Mantel (120), eine elektrisch leitfähige Ferrule (102) oder eine elektrisch leitfähige Fassung (104), welche in dem Mantel (120) angeordnet ist, mit einer elektrisch leitfähigen Stirnfläche, wobei die Stirnfläche eine erste Kontaktfläche (108) für eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einer ersten Kontaktfläche (108; 708) des Gegensteckverbinders (100; 700) ist, einen zweiten elektrischen Kontakt (122), der an dem Mantel (120) in Form eines zylindrischen Kragens angeordnet ist, der in Richtung zu dem Ende der Ferrule (102) oder der Fassung (104) vorsteht, wobei an der Innenseite des zylindrischen zweiten elektrischen Kontakts (122) ein Gewinde (124) ausgebildet ist, eine Lichtübertrittsfläche (110; 710) zur optischen Kopplung des Steckverbinders mit einer Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Gegensteckverbinders (100; 700), wobei die Lichtübertrittsflächen (110) der beiden Steckverbinder (100) miteinander optisch gekoppelt sind, indem die Lichtübertrittsflächen (110) aneinander anliegen, wobei jeweils die erste Kontaktfläche (108; 708) des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) in einer ersten Ebene liegen, und jeweils die Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) in einer zweiten Ebene liegen, die parallel zu der jeweils ersten Ebene und senkrecht zur Steckrichtung des Steckverbinders ist, so dass beim Lösen der Steckverbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den ersten Kontaktflächen (108) unterbrochen ist bevor die optische Kopplung zwischen den Lichtübertrittsflächen (110) unterbrochen ist, ferner mit einer Kupplungseinrichtung (140) aus einem leitfähigen Material zum mechanischen Verbinden des Steckverbinders (100) mit dem Gegensteckverbinder (100), wobei die Kupplungseinrichtung (140) für eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder (100) und dem Gegensteckverbinder (100) ausgebildet ist, und die an den beiden Enden der Kupplungseinrichtung (140) jeweils ein Gewinde (144) zum mechanischen Verbinden der Innenseiten der Kontakte der Mäntel des Steckverbinders und des Gegensteckverbinders (100) aufweist, und wobei die Gewinde (144) außerdem zweite elektrische Kontaktflächen für die zweite elektrische Verbindung mit den zweiten elektrischen Kontakten (122) ausbilden.
2. Steckverbindung (100; 700) nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Kontaktfläche (108; 708) und die Lichtübertrittsfläche in einer Ebene angeordnet sind.
3. Steckverbindung (100; 700) nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Lichtübertrittsfläche und die elektrische Kontaktfläche für eine Berührung durch eine Hertzsche Pressung ausgebildet sind.
4. Steckverbindung (100; 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktfläche koaxial zu der Lichtübertrittsfläche angeordnet ist.
5. Steckverbindung (100; 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Rand der Lichtübertrittsfläche (110; 710) und ein Rand der Kontaktfläche (108; 708) aneinander grenzen.
6. Steckverbindung (100; 700) nach Anspruch 4, wobei die Kontaktfläche (108; 708) und die Lichtübertrittsfläche (110; 710) so ausgebildet sind, dass bei einer Drehung des Steckverbinders (100; 700) gegenüber einem mit dem Steckverbinder verbundenen Gegensteckverbinder (100; 700) um eine vorbestimmte Achse die elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche (108; 708) des Steckverbinders (100; 700) und der Kontaktfläche (108; 708) des Gegensteckverbinders (100; 700) und die optische Kopplung zwischen der Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Steckverbinders (100; 700) und der Lichtübertrittsfläche (110; 710) des Gegensteckverbinders (100; 700) erhalten bleiben.
7. Steckverbindung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Steckverbinder (100) gegen ein Eindringen eines Fluids abgedichtet ist.
8. Steckverbindung (100) nach Anspruch 1, wobei die Kupplungseinrichtung (140) symmetrisch ausgebildet ist.
9. Steckverbindung (100; 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Kontaktfläche (108; 708), eine zweite Kontaktfläche (124; 744) und die Lichtübertrittsfläche (110; 710) koaxial angeordnet sind.

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