DE7829648U1

DE7829648U1 - Optische faserbuendelvorrichtung fuer ein beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE7829648U1
Application number: DE7829648U
Authority: DE
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1979-04-05
Also published as: US4272156A; DE2843341C2; JPS5489749A; GB2011111B; GB2011111A; DE2843341A1; JPS617811B2

Description

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Optische Faserbündel vorrichtung fUr ein Beleuchtungssystem. §

Die Erfindung betrifft eine optische Faserbündel vorrichtung f für ein Beleuchtungssystem . Insbesondere bezieht sich die ] Erfindung auf die Ausdehnung der numerischen Apertur in einem Glasfaserbündel, das beispielsweise in einem Endoskop benutzt wird.

In einem Endoskop o. dgl., werden optische Faserbündel \ zur Beleuchtung und Betrachtung 4es Darminneren oder inneren Aufbaus von Instrumenten verwendet, wobei das der Beleuchtung dienende Licht von einer äussersn Lichtquelle durch ein optisches Faserbündel geleitet wird und zur Beleuchtung des zu betrachtenden Gegenstandes ι am Ende des Faserbündels austritt. Die durch das aus dem

Ende des optischen Faserbündels austretende Licht be- |,

leuchtete* Fläche wird durch dessen numerische Apertur f

(N.A.) bestimmt, die durch die folgende Formel darge- y,

stellt wird \i

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N.A. « U₁ ² - n₂ ²)

wobei n. den Brechungsindex des Faserkerns und w^ Brechungsindex des Fasermantels bilden. Die numerische Apertur (M.A.) beträgt gewöhnlich etwa 0,5, und der Winkel des äussersten Meridional strahls, der in einer Faser eingefangen wird, beträgt etwa 60*. D.h., das aus dem Ende des optischen Faserbündels austretende Beleuchtungslicht hat einen Verteilungswinkel von etwa 30°, der dem halben Winkel des Lichtkegels am Austritt

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des optischen Faserbündels entspricht.

Ein grösserer Vefteilungswinkel des Beleuchtungslichtes 1st oftmals erwünscht, so dass die Möglichkeit besteht, auf dem Gegenstand eine breitere Fläche zu beleuchten und für die Betrachtung und das Fotographieren des Gegenstandes ein breites Gesichtsfeld zu erhalten. |

Um den Verteilungswinkel des Beleuchtungslichtes des optischen Faserbündels zu erweitern, wurde bereits vorgeschlagen, die Austritts-Stirnfläche des Bündels konvex oder konkav auszubilden. In diesem Zusammenhang wird auf das japanische Gebrauchsmuster Nr. 10 346/1977 verwiesen. Ein optisches Faserbündel mit einer konvexen oder konkaven Austritts-Stirnfläche 1st jedoch sehr schwer herrustellen. 1

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein optisches Faserbündel-Beleuchtungssystem zu schaffen, das eine erweiterte numerische Apertur aufweist, die sich leicht herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Austritts-Stirnflächen der optischen Faserbündel schräg abgeschnitten und zugerichtet sind. Die Austritts·» Stirnfläche jedes optischen Faserbündels, das in dem Be· leuchtungssystem Verwendung findet, ist flach und in bezug auf eine Ebene normal zu den Achsen der Fasern des Bündels um einen Winkel geneigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeich« nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer optischen Faservorrichtung, die ein Beleuchtungssystem gem. einer AusfUhrungsform ' der Erfindung verwendet,

Hg. 2 eine graphische Darstellung, aus der die mit dem Beleuchtungssystem der erfindungsgem. Art gem. Fig. 1 bewirkte Lichtverteilung hervorgeht ι,

Hg. 3A eine perspektivische Teilansicht eines optischen Faserbündelpa^res nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Hg. 3B eine perspektivische Teilansicht einer optischen Faserbündel anordnung, die aus dem optischen „ Faserbündelpaar von Fig. 3A hergestellt ist, Hg. 4 eine perspektivische Teilansicht einer optischen

Faserbündelanordnung, die als Beleuchtungssystem gem. einer anderen Ausführungsform der Erfindung ^Ά benutzt wird,

Hg. 5 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Hg. 6 eine perspektivische Teilansicht eines optischen Faserbündelpaares, das bei einer weiterei, anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, und

Hg. 7 eine Teilseitenansicht einer optischen Faserbündelanordnung, bestehend aus dem optischen Faserbündelpaar von Fig. 6.

In Fig. 1 bilden eine Fokussierungl inse 1 und ein optisches Bildleitfaserbündel 2 ein Beobachtungssystem, das von optischen Faserbündeln 3 und 4 umgeben ist, die ein Beleuchtungssystem bilden. Die optischen Faserbündel 3 und 4 und andere ähnliche optische Faserbündel sind so angeordnet, dass sie das Beobachtungssystem umgeben, und jedes Faserbündel weist eine flache, nach innen zu geneigte Austritts-

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Stirnfläche auf, wie sie bei 3a und 4a dargestellt sind. Die optischen Faserbündel für die Beleuchtung sind in Intervallen rund um das Beobachtungssystem so angeordnet, dass sie den Gegenstand 5 Über eine weite Flä'che beleuchten,

In Fig. 1 sind die Lichtkegel, die aus den Austritts-Stirnflächen 3a und 4a der optischen Faserbündel 3 und 4 austreten, wenn die Stirnflächen normal zu den Faserachsen liegen, durch strich-punktierte Linien angedeutet, während die Lichtkegel, die aus detf Stirnflächen 3a und 4a der optischen Faserbündel austreten, die in der Zeichnung dargestellt sind und dem erfindungsgemässen System entsprechen, von durchgezogenen Linien begrenzt sind. Wie aus den 1it Fig. 1 zu sehenden gestrichelten und durchgezogenen Linien ersichtlich ist, wird die von dem aus den Stirnflächen 3a und 4a der Faserbündel 3 und 4 austretenden Licht beleuchtete Fläche dann grosser, wenn die Stirn- <* flächen in bezug auf die Ebene normal zu den Faserachsen nach innen geneigt sind. Die geneigten Stirnflächen 3a und 4a werden leicht durch Abschneiden der Enden der Faserbündel 3 und 4 mit Hilfe eines rotierenden Schneiders oder einer Schleifscheibe erhalten.

Die Verteilung der Beleuchtung oder Lichtverteilung ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 stellen die Ordinate die Helligkeit auf dem Gegenstand und die Abszisse den Winkel in bezug auf die Faserachsen dar. Ferner zeigt in Fig. 2 die strich-punktierte Linie die Ergebnisse für den Fall an, dass die Stirnflächen 3a und 4a der Faserbündel 3 und 4 normal zu den Achsen angeordnet sind, während die durchgezogene Linie die Ergebnisse für den Fall darstellt, dass die Stirnflächen erfindungsgema'ss geneigt angeordnet sind.

Der Neigungswinkel der Austritts-Stirnflächen 3a und 4a gf der zur Beleuchtung verwendeten optischen Faserbündel 3 r und 4 in bezug auf die Ebene, die normal zu den Faserachsen verläuft, soll vorzugsweise 5° bis 20° betragen. \. Wenn der Neigungswinkel grosser als 20° oder kleiner als S 5° ist, vergrössert sich der Lichtverlust in unerwünschter f Weise. t

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die optischen Faserbündel 3 und 4, die für das Beleuchtungssystem verwendet werden, parallel zueinander angeordnet, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Wenn sie jedoch in bezug auf die optische Aci ~p des Beobachtungssystems geneigt werden, nämlich dadurch, dass sie nach aussen gekrümmt oder gebogen werden» ist die Möglichkeit gegeben, eine grössere Fläche des Gegenstandes 5 zu beleuchten. Die Neigung der Faserbündel 3 und 4 soll in diesem Fall vorzugsweise 5° bis 10° in bezug auf die optische Achse des Beobachtungssystems betragen. Wenn der Neigungswinkel grosser als 10° oder kleiner als 5° ist, wird der Durchmesser der Faseranordnung unpraktikabel gross.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf eine optische Faservorrichtung, bei der mehrere Beleuchtungsfaserbündel in Intervallen vorgesehen sind. Andere Ausführungsformen, die eine optische Faservorrichtung betreffen, bei der mehrere Beleuchtungsfaserbündel nebeneinander vorgesehen sind, werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.

In den Fig. 3A und 3B ist ehe Ausführungsform dargestellt, bei der ein Paar halbzylindrischer Faserbündel 11 und 12 miteinander zu einer Fasertiündelanordnung 10 verbunden sind. Ihre Stirnflächen 11a und 12a sind flach und in

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bezug auf eine Ebene normal zu den Faserachsen des Bündels geneigt. Die geneigten Stirnflächen 11a und 12a sind nach innen geneigt, so dass die Faserbündelanordnung 10 eine V-förmige Stirnfläche 10a erhält. Das aus der Stirnfläche 10a der Anordnung 10 austretende Licht beleuchtet eine grosse Fläche auf dem zu betrachtenden Gegenstand.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der vier Faserbündel 21,22,23 und 24 je einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und zur Bildung einer Faserbündel anordnung 20 zusammengesetzt sind. Die Stirnflächen 21a, 22a.23a und 24a der Faserbündel 21-24 sind flach und nach innen geneigt, so dass insgesamt eine konkave Stirnfläche gebildet wird. Die Faserbündelanordnung 20 erzeugt Beleuchtungslichtströme, die sich auf vier Pfaden verbreiten.

Il ^: Fig. 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der erfin dungsgemässen Vorrichtung, bei der vier flache Faserbündel 31,32,33 und 34 zu einer Faserbündelanordnung 30 zusammengesetzt sind. Die Stirnflächen 31a,32a,33a und 34a der Faserbündel 31-34 sind flach und abwechselnd entgegengesetzt geneigt. Die Faserbündelanordnung 30 erzeugt Beleuchtungslichtströme, die insgesamt divergieren.

Bei der in den Fig.3A und 3B gezeigten Ausführungsform ist das Paar aus halbzylindrischen Glasfaserbündeln 11 und 12 mit Stirnflächen 11a und 12a versehen, die nach innen zu geneigt sind, um dadurch eine negativ V-förmige Stirnfläche 10a zu bilden. Diese Stirnflächen können aber auch nach aussen zu geneigt sein, so dass eine positiv V-förmige Stirnfläche entsteht, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. In Fig. 6 ist ein Faser-

bündelpaar 41,42 mit nach aussen geneigten Stirnflächen 41a und 42a versehen. Wenn diese Faserbündel 41 und 42 miteinander verbunden werden, so entsteht eine Faserbündelanordnung 40, deren Stirnfläche 40a eine positiv V-förmige Stirnfläche bildet, wie sie in Fig. 7 zu sehen ist. Auch bei dieser Anordnung tritt das die Stirnfläche 40a der Anordnung 40 verlassende Licht schliesslich nach nüssen aus, um auf dem zu betrachtenden Gegenstand eine grosse Fläche zu beleuchten.

Die optischen Beleuchtungsfaserbündel der erfindungsge-■lässen optischen Faserbündelanordnungen weisen flache und geneigte Austrittsstirnflächen auf, wobei die Neigung in unterschiedlichen Richtungenvorgenommen werden <kann, um als Ergebnis einen divergierenden Lichtstrom t'd erhalten. Deshalb wird die beleuchtete Fläche erfindungsgemJss vergrössert. Darüberhinaus sind die erfindungsgemässen Faserbündel, da die Stirnflächen nur flach und geneigt zu sein brauchen, leicht herzustellen.

Claims

PATE NTANWALTE Tis c η er &i k'briki i ALB ERT- ROSS HAU PTE R- STRASS E 65 ' ZUOEU Vertreter BEIM EUROPEAN PATENT OFFICE D - 8OOO MÜNCHEN 7O EUROPAISCHEN PATENTAMT GERMANY TISCHER &KERN ' ALBERT-ROSSHAUPTER-STR. 63 ■ D-β MÖNCHEN 70 DIPL-- ING. HERBERT TISCHER DIPL.- ING. WOLFGANG KFRN TELEFON (089) 76Ο552Ο TELEX 5-212284 patsd TELEGRAMM/CABLE KERNPATENT MUENCHEN IHRZEICHEN. UNSERZEICHEN. FUJi-6535 DATUM, ,-. , ., η-7 r. YOURREF.. OURREF.. Κθ~1Ζ DATEI ^. iJanUar 19/9 .ETREFF. G 78 29 648,7 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Schutzanspr'üche

1. Optische Faserbündelvorrichtung für ein Beleuchtungssystem, das mehrere optische Faserbündel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstirnflächen (3a,4a; 11a,12a; 21a,22a,23a,24a; 31a ,32a,33a , 34a ; 41a,42a) der optischen Faserbündel (3,4; 11,12; 21,22,23,24; 31,32,33,34; 41,42) flach ausgebildet und in unterschiedlichen Richtungen geneigt angeordnet sind.

2. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstirnflächen (31a ,32a ,33a ,34a) der optischen Faserbündel (31,32,33,34) in solchen Richtungen geneigt angeordnet sind, dass das aus den Austrittsstirnflachen austretende Licht insgesamt einen divergierenden Lichtfluss bewirkt.

3. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel (11,12; 41,42) halbzylindrisch ausgebildet und miteinander zu..einer, zyl i.nd/isehen Faserbündelanordnung

POSTSCH EcStKo^tT(J MUNcWiK NfJ. 1f£JIMJ> - £P02 (BLZ 700 100 BOI MÜNCHNER BANKVmONWHE¹M. KONTO NR. UO 333 (BLZ 701 901 00)

(10,40) verbunden sind, und dass die Stirnflächen (11a,12a; 41a,42a) symmetrisch geneigt sind, so dass eine V-förmige Stirnfläche (10a,40a) entsteht.

4. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (11a,12a) nach innen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine negativ V-förmige Stirnfläche (10a) entsteht.

5. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (41a,42a) nach aussen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine positiv V-förmige Stirnfläche (40a) entsteht.

6. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel (21,22,23,24) einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, dass vier dieser Bündel zur Bildung einer Faserbündel anordnung (20) quadratischen Querschnitts miteinander verbunden sind, und dass die Stirnflächen (21a,22a, 23a,24a) nach innen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine konkave Stirnfläche entsteht.

7. Optische Faserbündel vorrichtung für ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel flache Faserbündel (31,32,33,34) sind, die so zusammengesetzt sind, dass eine Faserbündel anordnung (30) entsteht, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist und bei der die Stirnflächen (31 a ,32a,33a ,34a) abwechselnd in unterschiedlichen Richtungen geneigt sind.