DE2122275A1

DE2122275A1 - Verfahren zum Herstellen beleuchteter Fiber-Optiken

Info

Publication number: DE2122275A1
Application number: DE19712122275
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1970-06-25
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1971-12-30
Also published as: NL168804B; DE2122275C3; GB1319879A; JPS5338623B1; NL168804C; US3674452A; DE2122275B2; NL7105984A

Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 30. April 1971

MANFREDMIEHE FALKENRIED 4

Telefon: (0311) 76 0950 Diplom-Chemiker Telegramme: PATOCHEM BERLIN

AO-2038

US/02/1137 2122275

AMERICAN O. PTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Verfahren zum Herstellen beleuchteter Fiber-Optiken

Es wird ein Verfahren zum Herstellen beleuchteter Fiber-Optiken zur Bildübertragung geschaffen, wobei zunächst ein kohärentes Bündel optischer Fasern ausgebildet wird, die Enden des Bündels in identischen | geometrischen Mustern angeordnet und mit einem ver- " mittels Säure auslaugbarem kieselsäurefreiem Glas miteinander verbunden werden. Von einem Ende des kohärenten Bündels wird eine Stärke der Fasern entfernt, und sodann werden die verbleibenden Fasern an diesem Ende und das gesamte gegenüberliegende Ende des Bündels mit einer säurefesten Abdeckung verschlossen. Die zwischengeordneten, nicht abgedeckten Teile des Bündels werden ausgelaugt unter gleichzeitigem Freilegen entsprechender zwischengeordneter Längen der Fasern und Enden der Fasern der teilweise entfernten Faserschicht. Die sich ergebenden freien Enden der teilweise entfernten Schicht der Fasern werden in ein Bündel gesammelt, wodurch hierauf beaufschlagtes Licht zu einer Beleuchtung an dem gegenüberliegenden Ende des kohärenten Bündels führt.

Fiberoptiken werden durch Herstellen von Bündeln aus relativ kleinen Λ lichtleitenden Fäden oder Fasern hergestellt. Bildübertragende Fiberoptiken werden so hergestellt, daß die Fasern kohärent vorliegen, d.h. die zwei Enden des Bündels in identischen geometrischen Mustern vorhanden sind. Flexible Fiberoptiken werden dadurch hergestellt, daß die Enden des Bündels in einem vorherbestimmten Muster miteinander verbunden werden, wobei die zwischengeordneten Längen der Fasern frei unabhängig voneinander biegsam sind.

Das Herstellen von Faseroptiken, insbesondere gilt dies für Fiberoptiken der flexiblen Ausführungsform, ist bisher schwierig gewesen und es haben sich erhebliche Kostenfaktoren ergeben., wobei die

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entsprechenden Vorrichtungen im allgemeinen nicht für alle Zwecke vollständig praktisch waren. So ergibt sich z.B. bei Fiberskopen, die nach der Arbeitsweise der US-PS 3 004 368 hergestellt worden sind, wobei kohärente Bündel miteinander durch Borsilikatgläser verbunden werden, ein körniger Rückstand zwischen den Fasern nach dem Auslaugen mit Säure. Dieser Rückstand läßt sich praktisch unmöglich vollständig aus den Übergangsflächen zwischen den miteinander verschmolzenen und getrennten Abschnitten der Fasern entfernen, führt zu einem Abrieb und Zerbrechen der Fasern während der Benutzung des Fiberskopes, so daß sich hier eine schlechte Qualität ergibt.

Eine wesentliche der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen verbesserter fiberoptischer Vorrichtungen zu schaffen.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein neuartiges Verfahren zum Ausbilden eines beleuchteten kohärenten Bündels von Faseroptiken zu schaffen, das insbesondere praktisch identisch geometrisch gemusterte, festgelegte Enden und flexible Zwischenabschnitte aufweist, wobei ein abgezweigtes beleuchtendes Bündel an einem Ende der Faseroptik befestigt ist.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein ausgelaugtes Fiberskop hoher Qualität zu schaffen unter Anwenden eines Bindematerials, das ein kieselsäurefreies Glas ist. Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen flexibler Fiberskope zu schaffen, die an einem Ende befestigt verzweigte, lichtleitende, nicht kohärente Fasern aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bündels kohärenter optischer Fasern und erläutert einen Arbeitsschritt bei dem Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach der Flg. ι, wobei eine äußere Schicht des Bündels an einem Ende desselben in Übereinstimmung mit einem weiteren Arbeitsschritt bei dem Herstellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weggeschnitten ist;

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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Bündels, wobei überzogene Enden vorbereitet für das Auslaugen nach einem weiteren Herstellungsschritt vorliegen;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der optischen Fasern im ausgelaugten Zustand, wobei die Enden der Faser der äußeren Schicht des Bündels von dem verbleibenden Teil des Bündels abgetrennt sind;

Fig. 5 eine allgemein schematische Ansicht der Benutzung eines erfindungsgemäß hergestellten Fiberskopes;

Fig. 6 eine perspektivische, allgemein schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäß hergestellten Fiberskops;

Fig. 7 eine allgemein schematische Darstellung einer weiteren abge- f wandelten Ausführungsform des erfindungsgemäß hergestellten Fiberskops .

Die Ergebnisse der einzelnen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Fig. 1 bis 4 dargestellt und bei dem Verfahren erfolgt zunächst ein Herstellen einer fiberoptischen Leitung, wobei eine Mehrzahl an lichtleitenden Fasern 10 in ein Bündel mit einer vorherbestimmten geometrischen Konfiguration an dem Ende 12 und einer identischen geometrischen Konfiguration an dem Ende 14 überführt werden. Bei Vorliegen der bildübettragenden Fasern in der gleichen relativen Lage führt das Bündel zu einer genauen Reproduktion eines von einem Ende durch die Vorrichtung zu dem anderen Ende übertragenen Bildes. Das Bündel der optischen Fasern wird mit- * einander über deren Längen in dem Bündel mit einem kieselsäurefreien, säurelösliehen Matrixglas verbunden oder verschmolzene das eine Erweichungstemperatur und Ausdehnungskoeffizikenten besitzt, die mit demjenigen der üblichen optischen Fasergläser verträglich sind. Ein Beispiel für ein Bindeglas ist ein Boratglas, das etwa 45% B₂ ⁰V ^etwa ^5* BaO und etwa 8% La₃O₃, wobei sich die Prozentsätze auf der Gewichtsgrundlage verstehen, enthält. Weitere kieselsäurefreie Gläser können dann angewandt werden, wenn dieselben eine Erweichungstemperatur und einen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die mit den entsprechenden Werten des optischen Glases verträglich sind.

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Der nächste Arbeitsschritt besteht darin, eine Schicht der äußersten Fasern 16 benachbart zu dem Ende 12 des Bündels maschinell zu entfernen. Dies kann mit der üblichen Ausrüstung der Glasindustrie erfolgen. Hieran schließt sich der Arbeitsschritt des Aufbringens eines säurefesten Überzuges oder Abdeckung 18 über wenigstens einen Teil des verbleibenden Anteils 17 des Endes 12 des Bündels und eines ähnlichen Überzuges 20 auf dem gegenüberliegenden, nicht maschinell behandelten Ende 14 des Bündels an. Diese Abdeckungen verhindern ein Säureauslaugen des Bindematerials für die Glasfasern an beiden Enden des Bündels. Der säurefeste überzug kann ein Kunststoff, Paraffin oder dgl. sein.

Nachdem die Enden vollständig maskiert worden sind, wird das Bündel sodann in Säure eingetaucht und das Glasbindematerial aus den zwischenliegenden, nicht überzogenen Anteilen herausgelaugt. So kann z.B. das kieselsäurefreie, auslaugbare Glas dadurch entfernt werden, daß die Einheit in Salzsäure eingetaucht wird, die das kieselsäurefreie Glas von den Fasern laugt, jedoch verbleiben die überzogenen Enden durch das kieselsäurefreie Glas verbunden, wobei die bildübertragenden Fasern in ihrer Lage vorliegen, so daß das identische, vorherbestimmte geometrische Muster der kohärenten Fasern in der optischen Leitung an beiden Enden beibehalten wird. Bei dem Herauslaugen des kieselsäurefreien Glases aus den zwischengeordneten Anteilen des Faserbündels können die Fasern 16 auf die Seite des Bündels gewendet werden, wie es in der Figur 4 durch das Bezugszeichen 16a angezeigt ist. Zwischengeordnete Längen der Fasern des die Abbildung übertragenden Abschnittes des Bündels werden gelockert, sobald die Säure das kieselsäurefreie Glas aus denselben herauslaugt, siehe in der Fig. 4 das Bezugszeichen 10a. Somit wird das Bündel über den Hauptanteil seiner Länge flexibel gemacht. Es liegt kein körniger Rückstand zwischen den Fasern vor und somit keine nachteilige Beeinflussung durch Fremdstoffe während des Biegens der die Abbildung übertragenden Leitung.

Eine Anwendung der die Abbildung übertragenden Leitung ist in der Fig. 5 gezeigt, wobei ein Auge 25 die Betrachtung einer Abbildung wiedergibt, die an dem Ende 12 der optischen Leitung vermittels übertragung durch die Fasern 10 von einer Abbildung eines Gegenstandes A ausgebildet wird, das an dem Ende 14 der Leitung vorliegt.

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Der Gegenstand wird durch eine elektrische Lampe 28 beleuchtet, wobei das von der Lampe kommende Licht durch die Gruppe der äußersten Fasern 16a geleitet und aus dem Ende 14 der Leitung als ein Lichtring austritt, der die die Abbildung übertragenden Fasern IO umgibt. Die freien Enden der Fasern 16a können zusammen mit der Lampe 28 in einem Gehäuse untergebracht sein.

In der oben angegebenen US-Patentschrift 3 004 368 sind fiberoptische Vorrichtungen und das Herstellen derartiger Vorrichtungen beschrieben. Nach dieser Patentschrift wird Borsilikatglas als ein Bindemittel für die optischen Fasern angewandt. Das Borsilikatglas ist nur teilweise in Chlorwasserstoffsäure löslich und somit verbleibt zwischen den Fasern ein Kieselsäurerest. Nach dieser Patent- * schrift wird ein Waschvorgang vorgeshlagen und ein ähnlicher Waschvorgang kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwenden eines kieselsäurefreien Bindeglases angewandt werden. Bei einem Auslaugen mit Säure jedoch wird die Gesamtmenge des kieselsäurefreien Bindeglases aus den ungeschützten Teilen ausgelaugt unter Ausbilden eines überlegenen Fiberskopes. Das Material des Bindeglases sollte einen Ausdehnungskoeffizienten und eine Erweichungstemperatur aufweisen, die mit den üblichen Fibergläsern, wie sie zur Bildübertragung angewandt werden, verträglich sind. Geeignete Glastypen sind Flintglas mit hohem Brechungsindex für die Kerne der Fasern und Kronglas niedrigen Brechungsindex, das das Flintglas als Umkleidung umgibt, wodurch die Fasern einzeln gegenüber dem Licht im Inneren stark reflektierend gemacht werden. A

Erfindungsgemäß können auch andere Konfigurationen der faseroptischen Leitungen und der das Licht übertragenden Faserumkleidung hergestellt werden.

In der Fig. 6 ist ein rechtwinkliges Fiberskop, das im Querschnitt entweder länglich oder quadratisch ist, gezeigt, das aus einem kohärenten Bündel optischer Fasern 30 verschmolzen mit einem kieselsäurefreien Matrixglas hegestellt 1st und an jeder Seite desselben liegen zusätzliche lichtübertragende Fasern 31 und 32 vor. Die Herstellung ist die gleiche wie bezüglich des kreisförmigen Fiberskopa.

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Es wird kieselsäurefreies Glas für das Verbinden aller Fasern miteinander angewandt. Ein Ende 34 des Faserskops weist die zusätzlichen Fasern 31 und 32 entfernt von demselben auf, und zwar ähnlich nach der Anordnung der Fig. 2, und es werden sodann beide Enden mit den säurefesten Abdeckungen maskiert. Bei dem Säureauslaugen des kieselsäurefreien Glases aus dem gesamten Bündel mit Ausnahme der maskierten Enden werden die Fasern 31a und 32a freigelegt, und im Anschluß hieran werden dieselben in ein llchtübertragendas Bündel gesammelt. Die Fasern 30a ermöglichen es zwischen deren festgelegten gegenüberliegenden Enden, daß das Bündel gebogen werden kann. Ein Auge 35 zeigt das Betrachten der durch das kohärente Bündel übertragenen Abbildungen an, und eine elektrische Lampe 3β ergibt die Beleuchtung durch die Fasern 31a und 32a zu dem die Abbildung aufnehmenden Ende des Fiberskops«. Diese Beleuchtung liegt an gegenüberliegenden Seiten der optischen, die Abbildung übertragenden Fasern 30 vor.

Die Kofiguration nach der Fig. 7 weist eine oktagonale optische Faserleitung 40 auf, wobei die Fasern an jsdem Ende in einem vorherbestimmten geometrisehen Muster vorliegen, insbesondere liegen die Enden in identischem Muster vor. Das Büadelende 41 ist mit einer Beleuchtung in den Ecken äuroii dia Bönctsl 42a, 42b, 42c und 42d versehen» Die Bündel werden zunächst ia.it kieselsäurefreiem Glas gebunden , und die Herstellung erfolgt ähalich, wie dies bezüglich der Figuren 1 bis 4 erläutert worden 1st. öle maskierenden Abdeckungen werden übsr das Ende 41 und über dag maschinell bearbeitete gegenüberliegende Ende i4 angeordnet„ nnä die-Matrix aus dem verbindenden kieselsäurofireiea Glas wird sodann vermittels Säure aus dem nicht maskierten Anteil des die Abbildung übertragenden Bündels und aus den Beleuchtungsbündeln 42a-42d lierausgelaugt. Die sich ergebenden freien Bilden der Bündel 42a-42d werden von der Leitung gewendet und in ein Bündel 45 an dessen Seite gesammalt. Eine elektrische Lampe ergibt eine Beleuchtung an allen vier Ecken des Endes 41 der Leitung 40. Das freie Durchbiegen der Längen 40a der die Abbildung übertragenden Fasern ermöglicht ein Biegen der Leitung. Das Auge 47 gibt das Betrachten von Abbildungen wieder, die au dem Ende 44 der Leitung übertragen werden»

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Wenn dies auch hier nicht gezeigt ist, kann die die Abbildung übertragende Leitung und die Beleuchtungsfasern in geeigneten Gehäusen, wie allgemein auf dem Gebiet bekannt, eingeschlossen werden. Die Art des Gehäuses, die Größe der Bündel, deren Längen usw. werden durch die Anwendung bestimmt, der eine spezielle Einheit zugeführt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer beleuchteten fiberoptischen Vorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Arbäiitsschritte:

a) Ausbilden eines kohärenten Bündels aus Abbildungen übertragenden optischen Fasern, wobei die Fasern an den beiden Enden derselben identische geometrische Musfcter aufweisen;

b) Verschmelzen des Bündels mit einem kieselsäurefreien Matrixglas;

c) Entfernen eines Abschnittes der Längen einer Anzahl der äußersten Fasern des Bündels benachbart zu einem Ende desselben;

d) Abdecken der Enden der verlbleibenden Fasern an dem einen Ende des Bündels und ebenfalls des gesamten gegenüberliegenden Endes des Bündels unter Anwenden einer säurefesten Abdeckung und

e) Auslaugen des kieselsäurefreien Glases aus den verbleibenden, zwischengeordneten, nicht abgedeckten Anteilen der Fasern unter Freilegen eines Endes jeder der äußersten Fasern, sowie Zusammenfassen der freien Enden an einer Seite des Bündels in Gruppen, wodurch alle Fasern an dem gegenüberliegenden Ende des Bündels befestigtverbleiben und sich frei unabhängig voneinander über die zwischengeordneten Anteile deren Längen biegen können, wobei die in Gruppen zusammengefaßten Enden der äußersten Fasern in der Lage sind, Licht für die Beleuchtung des gegenüberliegenden Bündelendes aufzunehmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der äußersten Fasern so vorgesehen wird, daß sich dieselbe um den gesamten Umfang des Bündels herum erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Bündel in einen kreisförmigen Querschnitt überführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohärente Bündel in einen rechteckigen Querschnitt überführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der äußersten Fasern längs wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten des rechtwinkligen Bündels angeordnet wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der äußersten Fasern so vorgesehen wird, daß sich dieselbe längs der Ecken des Bündels erstreckt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der äußersten Fasern so vorgesehen wird, daß sich dieselbe von Ende-zu-Ende des Bündels der kohärenten Fasern erstreckt, das Entfernen des Abschnittes der Längen der äußersten Fasern in eine Schicht des Bündels über eine vorherbestimmte Streckt zurück von einem Ende desselben ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kieselsäurefreies Glas ein Boratglas angewandt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaugen ausgeführt wird vermittels Inberührungbringen des kieselsäurefreien Glases mit Chlorwasserstoffsäure.

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