專利名稱：用于耦合發(fā)光器到光纖的光的彈性卡入式連接器系統(tǒng)的制作方法
本申請要求享有2000年2月17日提交的美國臨時申請60/183,146號的權(quán)益，本文中參考了其全文的內(nèi)容。


圖1表示在醫(yī)療和工業(yè)用途中使用的一種典型的光纖照明系統(tǒng)。該光纖照明系統(tǒng)包括具有光源3的一個光源系統(tǒng)2和用來聚集和聚焦光源所發(fā)射的光的一個光系統(tǒng)4。例如是內(nèi)診鏡的一個照明設(shè)備8通過用近側(cè)連接器(proximalconnector)5耦合到光源系統(tǒng)2的一個光纖光導(dǎo)6連接到光源系統(tǒng)2。光纖光導(dǎo)6可以是光纖束或者是單光纖。典型地，為了提高照明系統(tǒng)8使用的便利性，近側(cè)連接器5是可以從光源系統(tǒng)2上拆下來。例如，同一個光源系統(tǒng)2可以和多種不同的照明設(shè)備8配合使用。
典型的光源3是一種具有外罩的光源。光源3最好是由諸如氙燈，金屬鹵化燈，HID燈或水銀燈構(gòu)成的弧光燈。由于弧光燈產(chǎn)生高強(qiáng)度的光能，因此是希望的。對于某些用途也可以使用例如鹵素?zé)舻劝谉霟簦恍枰薷南到y(tǒng)以適應(yīng)不透明的燈絲。一般只需要稍稍改變輸出波導(dǎo)的定位來接近，輸出波導(dǎo)的輸入端不在燈絲的陰影中。
光源系統(tǒng)還可以包括采用各種透鏡、鏡子和濾光器的各種光聚集和濃縮系統(tǒng)(未示出)。例如在現(xiàn)有技術(shù)中公知的用橢球面反射鏡匯聚光能并且用拋物面反射鏡校準(zhǔn)光能。光聚集和濃縮系統(tǒng)的各種部件可以組合而產(chǎn)生所需的結(jié)果。同樣地光聚集和濃縮系統(tǒng)的各種部件還可以根據(jù)需要按各種在軸和離軸方式定位，以產(chǎn)生所需的照明。
傳統(tǒng)型的近側(cè)連接器系統(tǒng)包括一個固定適配器，一個轉(zhuǎn)頭適配器和一個通用適配器。然而，這些傳統(tǒng)型近側(cè)連接器是笨重的。因此，若從光源系統(tǒng)2上拆下傳統(tǒng)的近側(cè)連接器時，除非細(xì)心地操作，近側(cè)連接器的重量會壓迫光纖光導(dǎo)6。
傳統(tǒng)的近側(cè)連接器的另一個缺點(diǎn)是將光纖光導(dǎo)6的近側(cè)端定位在光最集中的光源內(nèi)的一點(diǎn)附近。盡管光纖光導(dǎo)6的這種定位使光能的聚集最大，光源3的能量被連接器和光纖光導(dǎo)6吸收和累積成熱能。因此，傳統(tǒng)的近側(cè)連接器往往會變得很熱，這對操作光照明系統(tǒng)的人有危險(xiǎn)。近側(cè)連接器的發(fā)熱還會因干擾發(fā)射的光能而降低該系統(tǒng)的性能并且潛在地?fù)p害光纖光導(dǎo)6。
傳統(tǒng)的近側(cè)連接器另外的缺點(diǎn)是成本比較高。特別是，傳統(tǒng)的近側(cè)連接器的成本變得禁止在想要在單獨(dú)使用之后設(shè)置光纖光導(dǎo)6的應(yīng)用，例如是在內(nèi)診鏡醫(yī)療手術(shù)中，光光導(dǎo)6插入人體內(nèi)。
響應(yīng)傳統(tǒng)近側(cè)連接器的這些缺點(diǎn)，已開發(fā)了其它的近側(cè)連接器。例如美國專利US5,640,478號公開一種光系統(tǒng)，如圖2-3所示的，有一個圓錐形近側(cè)連接器30，它連接到光系統(tǒng)2的外殼28的一個接收結(jié)構(gòu)26中對應(yīng)形狀的一個開口24。利用這種連接系統(tǒng)可以將近側(cè)連接器30吸收的熱量散發(fā)到接收結(jié)構(gòu)26中，因此防止過多熱能有害地積累在近側(cè)連接器30中。另外，第一錐形面32和第二錐形面38將連接器30的近側(cè)端33準(zhǔn)確定位在接收結(jié)構(gòu)26中以便從光源接收光能。在這一位置上，第一錐形面32和第二錐形面38接觸外殼26的內(nèi)表面44，但是近側(cè)端33仍然暴露于接收結(jié)構(gòu)26的開口46以接收光能。近側(cè)連接器30還包含一個卡銷36，用來與卡止結(jié)構(gòu)42例如是一個彈簧偏置球柱塞嚙合。雖然保持在接收光能的位置，但是近側(cè)連接仍可徑向移動以補(bǔ)償光纖光導(dǎo)6的任何扭曲。因此，該近側(cè)連接器小而輕，仍然牢固地定位在光纖光導(dǎo)6的近側(cè)端的理想位置以便從光源系統(tǒng)接收光能，如圖3所示。
類似的美國專利US5,764,837(“’837專利”)還提供了一種具有圓錐形近側(cè)連接器50的近側(cè)連接器系統(tǒng)，連接器50連接到光源系統(tǒng)中對應(yīng)形狀的開口。如圖4所示，’837專利的連接器50有一個內(nèi)置的光纖元件51，它從近側(cè)連接器50的近側(cè)尖端53延伸到光纖光導(dǎo)56的近側(cè)端57。光纖光導(dǎo)56的近側(cè)端57包含在光纜連接器60的一個鏜孔61中。在近側(cè)連接器50的末端是光纜適配器58，它具有適合接收光纜連接器60的一個開口59。光源系統(tǒng)通過光纖元件51發(fā)出光能，將光能引導(dǎo)到輸出光纖光導(dǎo)56。這種連接器系統(tǒng)的作用可以使光纖光導(dǎo)6的近側(cè)端遠(yuǎn)離光系統(tǒng)內(nèi)的光和熱聚集的區(qū)域。這種布局降低光纖光導(dǎo)56中的熱積聚，從而改善光纖照明系統(tǒng)的性能和耐久性。
另外，’837專利中的適配器外殼58采取一種可拆卸連接器60來固定光纖光導(dǎo)56的近側(cè)端。適配器外殼58容易脫離第一可拆卸連接器60。因此，這種系統(tǒng)便于使用單個用途、易處理的光纖光導(dǎo)56，同時允許對不同的光纖光導(dǎo)56采用比較昂貴的近側(cè)連接器50。
總之，’837專利的近側(cè)連接器具有簡單、輕巧的設(shè)計(jì)，為光源系統(tǒng)提供可靠的連接，還允許連接不同的光纖光導(dǎo)，并防止近側(cè)連接器熱量積累。然而，’837專利的近側(cè)連接器50存在的缺點(diǎn)是它必須與可拆卸連接器60緊密配合才能實(shí)現(xiàn)可靠的連接和正確的光路徑。因此，近側(cè)連接器50接納不同結(jié)構(gòu)光纖光導(dǎo)的能力比較差。這一限制對具有不同物理結(jié)構(gòu)的可拆卸連接器的光光導(dǎo)在各個制造過程中是明顯的。
針對這一缺陷，美國專利申請09/532,300號提供了一種特別的近側(cè)連接器組件，它能夠接納來自光波導(dǎo)的幾個不同的可拆卸連接器的輸出。特別是這種近側(cè)連接器組件具有多個連接點(diǎn)和連接結(jié)構(gòu)，允許使用不同的可拆卸連接器。美國專利申請09/532,300號的主題都可以作為本文的參考。
然而，所有公知的近側(cè)連接器在規(guī)定使用期間暴露出光纖光導(dǎo)的近側(cè)、輸入端，這樣就會使光纖光導(dǎo)的近側(cè)端收集和積聚污垢和碎片。光纖光導(dǎo)6上的污垢和碎片通過干擾光能到光纖光導(dǎo)6的路徑而妨礙光系統(tǒng)的性能。另外，由于污垢和碎片吸收光能，它們變得很熱并且潛在地?fù)p傷或破壞光纖光導(dǎo)。
因此，對改進(jìn)的光連接系統(tǒng)存在一種現(xiàn)實(shí)的需求，避免對光纖光導(dǎo)產(chǎn)生潛在的有害污染，同時具備低使用成本，準(zhǔn)確對齊和散熱的優(yōu)點(diǎn)，便于處理并且適合與不同類型的光光導(dǎo)一起使用。
第一適配器有鄰近放置的輸入端，用于光源的聚焦，其位置使耦合到第一光波導(dǎo)的光量最大。第一光波導(dǎo)可以由單個光纖，包層棒或者是熔合光纖束制成。另外，第一光波導(dǎo)可以逐漸變細(xì)，使輸入數(shù)值孔徑與輸出數(shù)值孔徑或區(qū)域匹配。第一適配器可以具有第一錐形表面，它接觸到光源系統(tǒng)的外殼用于對齊和散熱。一個實(shí)施例中的第一適配器具有第一卡銷，當(dāng)?shù)谝贿m配器放置在光源系統(tǒng)中時與一個卡止結(jié)構(gòu)例如是彈簧偏置球柱塞可松開地嚙合。
第二適配器被設(shè)計(jì)成與第一適配器可松開地嚙合。在一種實(shí)施例中，第二適配器的第二輸入端插入第一適配器的開口，使第一光波導(dǎo)的第一輸出端發(fā)出的光有效耦合到第二光波導(dǎo)。第二光波導(dǎo)可以由單根光纖、包層棒或者是熔合光纖束制成。另外，第二光波導(dǎo)可以逐漸變細(xì)，與數(shù)值孔徑或區(qū)域匹配。第二適配器還可以具有與第一適配器中的空腔匹配的錐形面，用于對齊和散熱。一個實(shí)施例中的第二適配器具有第二卡銷，當(dāng)?shù)诙m配器插入第一適配器時與一個卡止結(jié)構(gòu)例如是彈簧偏置球柱塞嚙合。
第二適配器的輸出端固定地連接到輸出波導(dǎo)上的近側(cè)連接器。例如可以用螺釘或螺栓來連接第二適配器和近側(cè)連接器。這樣利用軸向力使第一適配器與光源系統(tǒng)脫離嚙合，或是使第二適配器與第一適配器脫離嚙合，而第二適配器仍然連接在近側(cè)連接器上。這樣使輸出波導(dǎo)的近側(cè)端在正常使用和處理時極少暴露于污染。
在另一個實(shí)施例中，第二適配器的輸出端包含一個輸出錐形面，用于對齊和散熱。輸出光波導(dǎo)上的近側(cè)連接器具有一個配合錐形面，用于緊密接觸第二適配器的輸出錐形面。來自第二光波導(dǎo)的光有效耦合到輸出光波導(dǎo)，而沒有熱量積累。輸出光波導(dǎo)可以是單根光纖或光纖束。其材料可以由玻璃、石英或塑料構(gòu)成。對于高功率的用途，輸出近側(cè)連接器和第二適配器的輸出端可以用金屬制成以便良好地散熱。對于發(fā)熱并不重要的低功率用途，為降低成本可以采用塑料的輸出近側(cè)連接器。
在一個實(shí)施例中，近側(cè)連接器具有可插入一個夾子的插槽，而第二適配器具有第三卡銷，它在夾子插入近側(cè)連接器的插槽時與夾子機(jī)械嚙合。這樣，第二適配器可以相對于輸出連接器轉(zhuǎn)動。在另一個實(shí)施例中，適配器中的溝槽倒角，使得插入的夾子壓著倒角表面通過，結(jié)果一個力迫使并保持第二適配器在第一光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)之間光連接的正確位置。特別是第二光波導(dǎo)放置于緊密靠近輸出波導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)光連接，但是在第二光波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)之間留有一個間隙以防止波導(dǎo)之間的熱傳導(dǎo)。
發(fā)明的詳細(xì)說明按照本發(fā)明，在圖5中示意性地表示了一種改進(jìn)的系統(tǒng)，用來將輸出波導(dǎo)300連接到一個輻射源。圖示的系統(tǒng)在輸出波導(dǎo)300和輻射源之間提供光連接，但是避免輸出波導(dǎo)的末端在連接過程中受到污染。這一理想的結(jié)果是由一個適配器組件來實(shí)現(xiàn)的，它包括第一適配器100、第二適配器200和帶有近側(cè)連接器310的輸出波導(dǎo)300。
第一適配器包括第一光波導(dǎo)110，用來接收和發(fā)射來自電磁輻射源的光能。第一適配器100的位置使第一光波導(dǎo)110從輻射源接收光能。典型地。第一適配器100是設(shè)在光源系統(tǒng)外殼中的一個開口內(nèi)，正如上述美國專利US5,640,478中大概敘述的。特別是第一光波導(dǎo)110的第一輸入端111的位置大體上靠近輻射源的焦點(diǎn)，從而使第一光波導(dǎo)110接收到的光達(dá)到最大量的光能。如上所述，可以通過匯聚光輸出的透鏡和反射器的組合而形成光源的焦點(diǎn)。
第二適配器200的近側(cè)端光連接到第一適配器100，以便在第二適配器200的第二光波導(dǎo)210的第二輸入端211接收在第一光波導(dǎo)110的第一輸出端112發(fā)射的光能。光耦合典型地是分別通過第一光波導(dǎo)110和第二光波導(dǎo)210的緊密定位實(shí)現(xiàn)的。第二光波導(dǎo)210在第二輸出端212發(fā)射接收到的光能。
輸出波導(dǎo)300光連接到第二適配器200的末端，接收在第二輸出端212發(fā)射的光能。具體地說，近側(cè)連接器310與第二適配器200嚙合，從而將輸出波導(dǎo)300光連接到第二波導(dǎo)210的第二輸出端212。
以下更詳細(xì)地說明這一光系統(tǒng)連接系統(tǒng)的各個部件。
第一適配器按照本發(fā)明的適配器組件的第一適配器100的一個最佳實(shí)施例大體上如上述美國專利申請09/532,300號中所述的并且如圖6-9所示的。第一適配器100包括耦合結(jié)構(gòu)120和外殼140。耦合結(jié)構(gòu)120的結(jié)構(gòu)和布局是可松開地耦合到光光源系統(tǒng)外殼的結(jié)構(gòu)上，參見上述的圖2-3。在本實(shí)施例中，耦合結(jié)構(gòu)120包括利用套圈夾持器126固定在外殼140上的一個逐漸變細(xì)的套圈122。在最佳實(shí)施例中，耦合結(jié)構(gòu)是由逐漸變細(xì)的套圈122和套圈夾持器126組成的，并且構(gòu)成和安排成插入并且可松開地固定在光光源系統(tǒng)中形成的同樣形狀的一個接收開口中，如美國專利US5,640,478號中所述的，其說明書全文可作為本申請的參考。
逐漸變細(xì)的套圈122是空心的，并且有一個擴(kuò)大端124。逐漸變細(xì)的套圈122安裝在外殼140上，將套圈122通過套圈夾持器126的空心部插入，直至擴(kuò)大端124與在套圈夾持器126內(nèi)側(cè)形成的內(nèi)部凸臺130嚙合。具有圓錐形空腔136的夾持塊134在逐漸變細(xì)的套圈122頂部插入空心的套圈夾持器126，在夾持塊134和套圈122的擴(kuò)大端124之間放置一個墊片132。利用緊固器128將套圈122、套圈夾持器126和套圈夾持塊134的組件連接到外殼140上。
套圈夾持器126包括一個逐漸變細(xì)部分127和在其圓筒部分形成的一個圓環(huán)138。耦合結(jié)構(gòu)122可以插入光源系統(tǒng)2的一個孔徑(未示出)中，光源系統(tǒng)的剖面與耦合結(jié)構(gòu)120相似。利用一個夾持裝置例如是一個球柱塞彈簧偏置機(jī)構(gòu)(未示出)將環(huán)138與光源系統(tǒng)外殼中的耦合結(jié)構(gòu)120可松開地嚙合，具體細(xì)節(jié)在上述美國專利US5,640,478中敘述了。
逐漸變細(xì)的套圈122最好是用熱傳導(dǎo)性高的材料例如金屬制成，最好是鋁或不銹鋼。套圈夾持器126最好用金屬或剛性塑料材料制成。
第一光波導(dǎo)110延伸通過耦合結(jié)構(gòu)120，并且具有第一輸入端111和第一輸出端112。第一輸入端111大致與逐漸變細(xì)的套圈122的末端齊平，而第一輸出端112突出夾持塊134并且進(jìn)入外殼140。第一光波導(dǎo)110是由各種光傳導(dǎo)材料諸如塑料、玻璃、石英等等制成的，并且可以是任何公知的結(jié)構(gòu)，例如是單根光纖、熔合光纖束或者是包層棒。任選地，如圖10所示，第一光波導(dǎo)120可以是朝向近側(cè)端111逐漸變細(xì)，以便能配合輸入數(shù)值孔徑和輸出數(shù)值孔徑。盡管第一光波導(dǎo)120的截面典型地是圓形的，如現(xiàn)有技術(shù)中公知的，它也可以具有各種多邊形結(jié)構(gòu)。圖11a-g表示各種形狀的截面，例如正方形、矩形、五邊形、梯形、菱形、六邊形和橢圓。例如，在圖像投影系統(tǒng)中普遍采用矩形波導(dǎo)來產(chǎn)生理想形狀和比例的輸出圖像。
在外殼140中形成用來接收第二適配器200的一個通道144，并且從在外殼140末端形成的開口148延伸并且終止第一光波導(dǎo)110的第一輸出端112附近為止。典型的通道144包括一個圓錐形端面146并在其右邊一側(cè)具有逐漸變細(xì)的結(jié)構(gòu)，它限定一個環(huán)形凸臺154和一個環(huán)形端面156。通道144結(jié)構(gòu)和布局成接收通過開口148插入通道144的第二適配器200，并且使第二適配器200相對于第一光波導(dǎo)110的輸出端112定位。
在裝配時，由光源系統(tǒng)提供的聚焦的光耦合進(jìn)入第一光波導(dǎo)110的第一輸入端111。該光隨后朝著第一光波導(dǎo)110的第一輸出端112發(fā)射，然后進(jìn)入插入通道144的第二適配器200的第二光波導(dǎo)210。
第一光波導(dǎo)110最好是耐高溫材料的剛性熔合光纖束，這樣就能比市場上可買到的連接器輸出波導(dǎo)300中典型地采用的柔軟光纖或光纖束更好地耐受光源系統(tǒng)焦點(diǎn)附近的高溫。因此，使用第一適配器100避免將對高溫敏感的輸出波導(dǎo)300定位在光源系統(tǒng)產(chǎn)生的高強(qiáng)度光的聚焦點(diǎn)處的酷熱中，因此防止因過熱而損傷柔軟的光纖。
另外，第一光波導(dǎo)110作為空間濾光器，在插入通道144時防止來自第二適配器200的第二輸入端211的無導(dǎo)向模式的電磁能，例如紫外線或紅外線。在供本文參考的美國專利US5,761,356中更詳細(xì)地描述了空間濾光。因此，熔合的光纖束有助于消除不能由輸出光纖光導(dǎo)300導(dǎo)向的光模。由第一光波導(dǎo)濾除的光模產(chǎn)生熱量被外殼140吸收。
為了協(xié)助散發(fā)外殼140吸收的熱量，外殼140包括在其上形成的散熱元件例如是葉片142。外殼140最好用具有高熱傳導(dǎo)性的材料例如鋁制成。另外通過外殼的壁形成開口150和152，并且延伸進(jìn)入通道144，從而在插入通道144時允許空氣圍繞著第二適配器200循環(huán)。
第一適配器100還包括固定到外殼140上的連接器鎖定機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和布局可在插入通道144時與第二適配器200可操作地嚙合，并且將第二適配器200可松開地保持在通道144內(nèi)。在最佳實(shí)施例中，連接器鎖定機(jī)構(gòu)包括徑向偏置的球形卡銷162，下文會更詳細(xì)地描述其功能。然而應(yīng)該注意到，連接第一和第二適配器的許多其它裝置例如有螺釘、釘子、螺栓、滑動配合，夾子和銷是公知的并且被本發(fā)明采用。
第二適配器如上所述，第二適配器200的近側(cè)端的結(jié)構(gòu)可以插入第一適配器100并與其嚙合，如圖5所示的，以便光耦合第一和第二光波導(dǎo)110和210。
在圖6-7所示的最佳實(shí)施例中，第二適配器主要包括近側(cè)第一段222，中間第二段240和末梢第三末端段250。第二光波導(dǎo)穿過所有三段222、240和250，使放置的第二輸入端211到達(dá)第一段的前沿附近，而放置的第二輸出端212到達(dá)第三段250的后沿附近。如上所述，第一段222與第一適配器可松開地嚙合。替代地，第一段222可直接與光源系統(tǒng)的外殼嚙合，允許在沒有使用第一適配器的情況下使用本發(fā)明的連接系統(tǒng)。無論是哪一種實(shí)施例，第三段250都固定連接到輸出波導(dǎo)300上的近側(cè)連接器310。第二段240連接第一和第三段222和250。
如圖6-9所示，第二適配器200包括從擴(kuò)大直徑的法蘭盤228突起的細(xì)長的、軸向延伸的近側(cè)第一段222。第一段222具有形狀與接收通道144的圓錐形端面146相符的倒角端226。倒角端226和圓錐形端面146的配合面促使從第一段222通過外殼140良好地散熱。在第一段222外面接近與開口150和152相鄰的倒角端226處任選地形成散熱葉片224。提供散熱葉片224能促使從第二適配器200的第一段222更加有效地散熱。在法蘭盤228中形成一個環(huán)形溝槽230。當(dāng)?shù)谝贿m配器100插入通道144時，球形卡銷162與溝槽230嚙合，從而保持第二適配器200在通道144內(nèi)。除了保持第二適配器200在通道144內(nèi)之外，球形卡銷162的形狀還能對連接器200施加一個軸向力，從而迫使倒角端226接觸到圓錐形端面146。為了從通道144上拆下第二適配器200，可以用足夠的軸向力牽引第二適配器200通常是它的第二段240就能克服球形卡銷162的保持力。第二適配器200的第一段222的尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)該能在第二適配器200的第二輸入端211和第一光波導(dǎo)110的第一輸出端112之間提供第一間隙160。第一間隙160防止第一光波導(dǎo)110與第二適配器200中的第二光波導(dǎo)210直接接觸，從而限制第一和第二光波導(dǎo)110和210之間的熱交換，并且減少任一波導(dǎo)110或210端面上的碎屑造成的損傷。
圖6看到第二適配器200的內(nèi)部視圖。如上所述，第二適配器200包括第二光波導(dǎo)210，用于傳送在第二輸入端211從第一適配器100的第一光波導(dǎo)110接收的光能。第二光波導(dǎo)210和第一光波導(dǎo)110類似，可以用單根光纖，包層棒或者是熔合光纖束制成。另外，根據(jù)光系統(tǒng)的需要，可以使第二光波導(dǎo)210逐漸變細(xì)以配合數(shù)值孔徑或面積。例如，圖10表示第二光波導(dǎo)朝著第二適配器200的第一段222內(nèi)的近側(cè)端211逐漸變細(xì)。第二適配器200還可以包括形成在第二適配器200的壁中的一個以上徑向延伸的開口232。設(shè)置開口232是為了能向第二適配器200注入一種粘接物質(zhì)例如是樹脂來固定第二光波導(dǎo)210。
中間第二段240接觸第一段222和第三段250。第二適配器200的中間第二段240從法蘭盤228向離開第一適配器100延伸。第二段240還可以包括從第二段240的壁面徑向延伸的環(huán)形法蘭242。環(huán)形法蘭242提供夾持結(jié)構(gòu)，允許使用者容易地抓住和保持第二適配器。使用者則可以通過環(huán)形法蘭242對第二適配器200施加一個軸向力以便插入或是從第一適配器上拆除第二適配器，如上所述的。
第二適配器還包括連接到中間第二段240的第三段250。第三段250連接到輸出波導(dǎo)300上的輸出近側(cè)連接器310。特別第三段250結(jié)構(gòu)成用于插入并連接在輸出近側(cè)連接器310的空腔315中，如圖12a-b所示。在一個實(shí)施例中，第三段250具有從一個具有環(huán)形面626的任選的環(huán)形凸臺260上突起的細(xì)長且軸向延伸的末端結(jié)構(gòu)。將進(jìn)入近側(cè)連接器的空腔315的第三段250插入近側(cè)連接器受到環(huán)形凸臺260的限制，因?yàn)榄h(huán)形面262接觸近側(cè)連接器310的近側(cè)面330。環(huán)形凸臺260還提供用于第三段250的保持結(jié)構(gòu)。第三段250在末端252有一個倒角端256，其形狀與近側(cè)連接器310中的接收空腔315的圓錐形端面320一致。倒角端256和圓錐形端面320的配合面促使從第三段250通過近側(cè)連接器310更好地散熱。
應(yīng)該注意到，第三段250和近側(cè)連接器310可另外配置(未示出)，其中近側(cè)連接器被構(gòu)成用于插入并固定在第二適配器200的空腔中。按照這樣改變的結(jié)構(gòu)中，近側(cè)連接器具有細(xì)長且徑向延伸的近側(cè)結(jié)構(gòu)。近側(cè)連接器310在近側(cè)端可以有倒角端，其形狀與第二適配器200的接收空腔的表面一致。
近側(cè)連接器310還包括用于與第二適配器200的第三段250機(jī)械嚙合的一些類型的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^諸如螺釘或螺栓等連接裝置實(shí)現(xiàn)這個固定嚙合，使得第二適配器200和近側(cè)連接器310能夠分離，但是在正常操作和使用期間保持連接。這樣就不會暴露出輸出波導(dǎo)300的近側(cè)端，因此不可能受到污染。
在圖6、7和13所示的最佳實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動固定嚙合是通過夾子350實(shí)現(xiàn)的，它穿過近側(cè)連接器310的一個插槽340與第二適配器200的第三段250嚙合。典型地，第三段250具有與夾子350嚙合的夾持結(jié)構(gòu)，例如是環(huán)形溝槽270。應(yīng)該注意，可以采用各種各樣的替代的夾持裝置，例如銷、夾子、咬合固定、法蘭、法蘭盤、Morse錐等等。第二適配器200可以相對于近側(cè)連接器310轉(zhuǎn)動，但是沿著光能量路徑的軸向運(yùn)動范圍是有限的，因?yàn)閵A子350接觸插槽340中的表面，以防止第二適配器200脫離或再插入。而且，第二適配器200和近側(cè)連接器310在正常使用期間仍然保持連接，但是在需要時可以分離。例如可以根據(jù)需要更換輸出波導(dǎo)300，而使用相同的第二適配器200。同樣輸出波導(dǎo)300可以連接到不同的第二適配器200上，以允許連接到第一適配器100的替代配置的光源系統(tǒng)。
正如現(xiàn)有技術(shù)中公知的，根據(jù)具體用途，輸出光波導(dǎo)300可以采用柔軟的單個光纖或光纖束?？梢杂酶鞣N透明材料諸如玻璃，石英或塑料來制作輸出光波導(dǎo)300。如圖13和14所示，采用的輸出近側(cè)連接器310通常是進(jìn)入近側(cè)連接器310的一個孔內(nèi)的一條光纖。
對于大功率用途，輸出近側(cè)連接器300和第二適配器200的第三段250是用具有良好熱傳導(dǎo)性和散熱性能的金屬或其它材料制成的，例如是鋁。對于熱量積累不成問題的低功率用途，為降低成本可以采用塑料的輸出近側(cè)連接器。
圖14表示在第二適配器200和近側(cè)連接器310之間的一種改進(jìn)的連接系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，第三段250中的環(huán)形溝槽270’有一個倒角面275。當(dāng)夾子350插入與環(huán)形溝槽270’嚙合的操作位置時，夾子就壓住倒角面275。夾子350與倒角面275相互作用，將第二適配器250推向近側(cè)連接器310。倒角端256最好能接觸圓錐形端面320以實(shí)現(xiàn)理想的散熱。
替代地，第二適配器250和近側(cè)連接器300可設(shè)計(jì)成使用其它公知連接結(jié)構(gòu)連接的結(jié)構(gòu)。圖15表示一個示例的實(shí)施例，其中的近側(cè)連接器300具有第三組彈簧承載球302，它與第二適配器中的環(huán)形溝槽270相互作用。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中固定的、可旋轉(zhuǎn)連接的目的，第三組彈簧承載球302可具有的彈性壓力比在環(huán)138處與第一適配器100嚙合的光源系統(tǒng)(未示出)中的彈簧承載球或者是嚙合第二適配器200的溝槽230的球形卡銷162的壓力要大得多。
最好輸出近側(cè)連接器310中的空腔315的深度和第二適配器250的第三段250的插入長度是這樣設(shè)計(jì)的，第二適配器250的末端表面252和近側(cè)表面322不接觸，但是讓倒角端256接觸到圓錐形端面320，如圖12A-B所示。這一實(shí)施例提供在兩個波導(dǎo)元件210和300之間的熱絕緣，并且有助于減少由于在耦合的波導(dǎo)210和300的端面之間的外部碎屑對比較軟的輸出波導(dǎo)造成損傷。在第二適配器250和近側(cè)連接器310之間仍然會有熱傳導(dǎo)，但是熱能不會從第二波導(dǎo)210傳遞到柔軟且對溫度敏感的輸出波導(dǎo)300。然而，為了有效耦合以便在第二波導(dǎo)210和輸出波導(dǎo)300之間傳送最大量的光，末端面252與近側(cè)面322之間的間隙應(yīng)該盡量小。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，第一適配器100和第二適配器200被組合成單個適配器。在這個實(shí)施例中，單個波導(dǎo)從光源系統(tǒng)直接將光引向輸出光波導(dǎo)300的輸入端322。例如，如圖14所示，通過將第二適配器直接連接到光源系統(tǒng)，可避免使用第一適配器。
在另外一個實(shí)施例中，可以采用與不同的商用照明器一起使用的連接系統(tǒng)。例如，在醫(yī)療用途中，由Karl Storz GmbH和德國Tuttlingen的Co.KG出產(chǎn)的一種照明裝置具有離散的輸出連接器，它們都是為特殊型號的光纜連接器專門設(shè)計(jì)的，例如是Karl Storz公司出產(chǎn)的連接器。由麻薩諸塞州Worcester的Luxtec公司出產(chǎn)的照明設(shè)備包括具有四個端口的轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)，每個端口適用于由不同廠商出產(chǎn)的特定的商用光纜連接器，這些廠商即Karl Storz GmbH，Olympus，芝加哥的AccuMed International，Illinois(ACMI)和Wolf。轉(zhuǎn)臺適配器根據(jù)使用那種光纜連接器，使它旋轉(zhuǎn)到一個適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ贚uxtec公司出產(chǎn)的另外一種系統(tǒng)中，輸出連接器系統(tǒng)是由具有三個適配器的水平滑塊組成的，用于三種不同的光纜連接器系統(tǒng)。由佛羅里達(dá)州Largo的Linvatec公司出產(chǎn)的第三類適配器系統(tǒng)包括一個通用連接器系統(tǒng)，它具有一個卡盤機(jī)構(gòu)或是采用各種連接器的一組螺釘。第一和第二適配器100和200可以根據(jù)需要構(gòu)造成與各種照明系統(tǒng)一起使用。替代地，一個或多個適配器可以與目前敘述的連接系統(tǒng)一起使用，允許連接替代的配置的照明系統(tǒng)。例如，上述的美國專利申請09/532,300號提供了一種特殊的近側(cè)連接器組件，它能夠接受用于光波導(dǎo)幾個不同的可拆卸連接器的輸出。特別地，美國專利申請09/532,300號提供具有多個連接點(diǎn)和連接結(jié)構(gòu)的近側(cè)連接器組件，能夠使用不同的可拆卸連接器。因此，本發(fā)明的連接系統(tǒng)可以按照美國專利中請09/532,300號的教導(dǎo)應(yīng)用，允許與多種類型的照明系統(tǒng)連接。替代地，根據(jù)與一種照明系統(tǒng)一起使用的需要可采用第二適配器的近側(cè)端。無論是怎樣修改，第二適配器200的輸出端末端繼續(xù)采用前面圖中所示的本發(fā)明的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、固定連接的理想結(jié)果。
應(yīng)該知道，在元件100、200和310之間還可以增加或插入額外的部件。例如可以使用各種聚焦，均勻和濾光元件以便按需要改變光束。同樣也可以用各種其他公知的耦合器，分光器，適配器或鏡子來改變光能的方向。
雖然本發(fā)明已結(jié)合目前認(rèn)為是最適用的方式和最佳實(shí)施例描述的，應(yīng)該懂得，本發(fā)明不僅限于所述的實(shí)施例，而是要覆蓋權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)所包括的各種修改和等效安排。因此應(yīng)該懂得，在限定本發(fā)明所用的具體參數(shù)是可以改變的，而沒有脫離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.將輻射源的電磁輻射能耦合給輸出波導(dǎo)的一種連接器系統(tǒng)，所述連接器系統(tǒng)包括具有第一輸入端和第一輸出端的第一波導(dǎo)；第一適配器，其結(jié)構(gòu)和布局成與輻射源光學(xué)耦合，所述第一波導(dǎo)設(shè)置在所述第一適配器內(nèi)，所述第一輸入端暴露在所述第一適配器的近側(cè)端以便接收一些輻射能，所述第一輸出端暴露在所述第一適配器的末端，用來發(fā)射在第一輸入端接收的一些輻射能；連接到所述輸出波導(dǎo)的近側(cè)連接器，其中所述近側(cè)連接器與所述第一適配器固定耦合，使所述輸出波導(dǎo)接收由第一波導(dǎo)發(fā)射的一些輻射能。
2.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括上述近側(cè)連接器中的一個空腔，用來接收第一適配器的末端部分。
3.按照權(quán)利要求2的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括將上述第一適配器耦合到上述近側(cè)連接器的夾子；在所述近側(cè)連接器中用來接收所述夾子的一個插槽；以及在所述第一適配器的所述末端部分中的一個環(huán)形溝槽，在所述末端部分插入所述第一連接器空腔時接收所述夾子并與其嚙合，其中當(dāng)該夾子插入該插槽并且嚙合該溝槽時，所述第一適配器和所述近側(cè)連接器是可旋轉(zhuǎn)地連接的。
4.按照權(quán)利要求2的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括在第一適配器的末端部分的第一倒角面和所述近側(cè)連接器空腔中的一個匹配圓錐面，其中所述倒角面和所述圓錐面接觸使所述第一適配器的所述末端在所述近側(cè)連接器空腔中正確定位，并且在所述近側(cè)連接器耦合到所述第一適配器時也許傳遞熱能。
5.按照權(quán)利要求4的連接器系統(tǒng)，其特征是其中在光耦合期間所述第一波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)不接觸。
6.按照權(quán)利要求3的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括所述環(huán)形溝槽中的一個末端倒角面，在該夾子插入該插槽中并與該溝槽嚙合時迫使第一適配器朝向與近側(cè)連接器的正確連接。
7.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是所述第一波導(dǎo)具有圓形或多邊形截面。
8.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是所述第一波導(dǎo)沿著光軸逐漸變細(xì)。
9.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是所述近側(cè)連接器是金屬的。
10.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是用于低溫操作的所述近側(cè)連接器是塑料的。
11.按照權(quán)利要求1的適配器組件，其特征是所述第一波導(dǎo)是由包層棒，逐漸變細(xì)的熔合纖維束或者是逐漸變細(xì)的包層棒之一構(gòu)成的。
12.按照權(quán)利要求1的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括具有第二輸入端和第二輸出端的第二波導(dǎo)；以及第二適配器，其結(jié)構(gòu)和布局是可松開地耦合第一適配器和安放輻射源的結(jié)構(gòu)，所述第二波導(dǎo)設(shè)置在所述第二適配器內(nèi)，所述第二輸入端暴露在所述第二適配器的近側(cè)端，從所述輻射源接收一些輻射能，所述第二輸出端暴露在所述第二適配器的末端，用來向所述第一輸入端發(fā)射在第二輸入端接收的一些輻射能。
13.按照權(quán)利要求12的連接器組件，其特征是在所述結(jié)構(gòu)中還包括一個徑向偏置球，其結(jié)構(gòu)和布局與第二適配器中的溝槽嚙合。
14.按照權(quán)利要求12的連接器組件，其特征是在所述第二適配器中還包括一個徑向偏置球，其結(jié)構(gòu)和布局與第一適配器中的第二溝槽嚙合。
15.按照權(quán)利要求12的連接器組件，其特征是在所述第二適配器中還包括一個用來接收第一適配器的近側(cè)部分的空腔。
16.按照權(quán)利要求15的連接器系統(tǒng)，其特征是還包括在第一適配器的近側(cè)部分的第二倒角面，和所述第二適配器空腔中的一個匹配圓錐面，其中所述倒角面和所述第二適配器圓錐面的接觸到所述第一適配器的所述近側(cè)端在所述第二適配器空腔中的正確定位，并在所述第一和第二適配器耦合時允許傳遞熱能。
17.按照權(quán)利要求16的連接器系統(tǒng)，其特征是在光耦合期間所述第一和第二波導(dǎo)不接觸。
18.按照權(quán)利要求12的連接器系統(tǒng)，其特征是所述第二波導(dǎo)具有圓形或多邊形截面。
19.按照權(quán)利要求12的適配器組件，其特征是所述第一波導(dǎo)是由包層棒，逐漸變細(xì)的熔合纖維束或者是逐漸變細(xì)的包層棒之一構(gòu)成的。
20.按照權(quán)利要求12的連接器系統(tǒng)，其特征是所述第一波導(dǎo)沿著光軸逐漸變細(xì)。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種連接器組件，包括(1)第一適配器(100)，可松開地連接到光源并且沿著第一光波導(dǎo)(120)發(fā)送從光源接收的光能；(2)第二適配器(200)，可松開地連接到第一適配器，用于沿著第二光波導(dǎo)(210)接收并發(fā)射光能；以及(3)輸出光波導(dǎo)(30)，它接收從第二波導(dǎo)(210)發(fā)射的光能并且具有適合與第二適配器(200)固定地嚙合的一個近側(cè)連接器(310)。
文檔編號G02B6/42GK1401089SQ01805059
公開日2003年3月5日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月17日
發(fā)明者哈里·V·法拉爾, 李健志 申請人:高準(zhǔn)光源科技有限公司