專利名稱：把光導(dǎo)纖維部件安裝到光源系統(tǒng)上的咬接式基部連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是1995年7月14日提交的08/502,068號美國專利申請的局部改進(jìn)。
本發(fā)明大體涉及把光連接到單個(gè)光導(dǎo)纖維或纖維束上的光導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明尤其涉及把單個(gè)光導(dǎo)纖維或纖維束連接到光源系統(tǒng)的殼體的連接器。
為了把來自高強(qiáng)度光源如弧光燈的光連接到光導(dǎo)纖維束或者單個(gè)光導(dǎo)纖維上，已開發(fā)了各種各樣的光源系統(tǒng)。連接到光導(dǎo)纖維束或單個(gè)纖維上的光例如可以用于醫(yī)學(xué)照明目的，如做手術(shù)用的發(fā)光設(shè)備、頭燈、內(nèi)窺鏡或管道探測鏡。
一般地，單個(gè)纖維或纖維束的基端安裝在基部連接器內(nèi)，而該基部連接器用于插入到裝有光源的殼體內(nèi)的槽或孔中。單個(gè)纖維或纖維束的未端連接到應(yīng)用裝置上，即手術(shù)發(fā)光設(shè)備、內(nèi)窺鏡等。一般地，基部連接器成形成可從光源系統(tǒng)上拆下來。這使得操作應(yīng)用裝置的人，如使用手術(shù)頭燈的外科醫(yī)生可以自由移動(dòng)，在纖維或纖維束連接到光源系統(tǒng)上時(shí)，這可能受到妨礙。設(shè)置可拆下的基部連接器還使得單個(gè)光源系統(tǒng)用于為各種各樣的不同應(yīng)用裝置提供光，每個(gè)這種應(yīng)用裝置具有相應(yīng)的基部連接器。
但是，在許多現(xiàn)有的基部連接器上出現(xiàn)了問題，尤其是為與單個(gè)光導(dǎo)纖維一起使用而設(shè)計(jì)的這些基部連接器出現(xiàn)了問題。單個(gè)纖維需要高強(qiáng)度光對準(zhǔn)通過基部連接器安裝的單個(gè)纖維的進(jìn)入孔。單個(gè)纖維的現(xiàn)有基部連接器一般支撐石英纖維，對石英纖維而言灼熱不是問題。如果光導(dǎo)纖維的材料對熱損害敏感，那么需要有消除熱量的方法來確保連續(xù)工作。對具有聚合物覆層的石英纖維而言，現(xiàn)有連接器的過量熱量將會(huì)損害覆層。為解決這個(gè)問題，以前的一些光源系統(tǒng)成形成在離開基部連接器本身一定距離處設(shè)置單個(gè)纖維的基部進(jìn)入孔。然后，高強(qiáng)度光匯聚在單個(gè)纖維的進(jìn)入孔處，而該單個(gè)纖維的進(jìn)入孔偏離基部連接器本身。因此，基部連接器受到較少加熱。但是，由于單個(gè)纖維的進(jìn)入孔從基部連接器處延伸，因此在從光源系統(tǒng)拆下來后，纖維沒有受到保護(hù)，而容易斷裂或者受到其它損害。
至少一個(gè)基部連接器包括設(shè)計(jì)用于保護(hù)纖維的可滑動(dòng)殼體。在連接器安裝到光源系統(tǒng)上時(shí)，殼體縮回以使單個(gè)纖維接受光。當(dāng)連接器從光源系統(tǒng)拆下時(shí)，可滑動(dòng)殼體向外滑動(dòng)從而包圍和保護(hù)光導(dǎo)纖維。例如，可參看1994年5月5日提交的美國專利申請08/238,589，它的題目是“具有用于保護(hù)纖維光導(dǎo)的露出端的罩和裝置的纖維光導(dǎo)連接器”。盡管這種結(jié)構(gòu)保護(hù)了光導(dǎo)纖維的基端，并同時(shí)減少了與熱量有關(guān)的問題，但是實(shí)現(xiàn)這個(gè)是以需要復(fù)雜的基部連接器為代價(jià)的，該復(fù)雜基部連接器具有許多對損害或故障敏感的移動(dòng)部件。
由于基部連接器具有延伸出連接器本身的光導(dǎo)纖維，因而產(chǎn)生了其它的問題。如上所述，單個(gè)纖維需要纖維的進(jìn)入孔相對光源系統(tǒng)的光導(dǎo)部件精確定位，由于具有延伸出連接器的纖維而使得該光導(dǎo)部件復(fù)雜化。而且，拋光這種伸出基部連接器的纖維是困難的并且不容易制造。
希望提供一種改進(jìn)的基部連接器，該連接器可避免上述現(xiàn)有基部連接器的缺點(diǎn)。為此，形成了本發(fā)明的這些方面。
本發(fā)明提供了一種用于把光導(dǎo)纖維部件如單個(gè)光導(dǎo)纖維或者纖維束連接到光源系統(tǒng)的殼體上的基部連接器。基部連接器包括錐形金屬包頭，該金屬包頭環(huán)繞單個(gè)纖維的基端而安裝，而單個(gè)纖維的基端是為對準(zhǔn)和減少熱量而設(shè)計(jì)的。錐形金屬包頭的尺寸和形狀作成能安裝在殼體的接受塊中的錐形槽或孔內(nèi)。在插入時(shí)，錐形金屬包頭的外側(cè)壁緊貼地靠在接受塊的內(nèi)側(cè)壁上。高強(qiáng)度光對準(zhǔn)單個(gè)纖維的基端的進(jìn)入孔。該進(jìn)入孔與錐形金屬包頭的截頭端對準(zhǔn)。
錐形金屬包頭和接受塊由具有高熱傳導(dǎo)系數(shù)的不銹鋼或其它金屬或合金形成。相應(yīng)地，高強(qiáng)度光在錐形金屬包頭內(nèi)產(chǎn)生的任何熱量可以傳導(dǎo)到殼體的接受塊，因此使錐形金屬包頭和包圍在其中的單個(gè)纖維保持相對較低的溫度。如所描述的那樣，纖維光導(dǎo)不會(huì)從錐形金屬包頭的截頭端伸出，但是與此相平齊。因此，從殼體拆下時(shí)，錐形金屬包頭保護(hù)光導(dǎo)纖維部件免于受到可能的損害。在這種方式中，灼熱問題和損害問題基本上消除了，而不需要復(fù)雜和昂貴的安裝裝置，如具有可滑動(dòng)外部殼體的上述那種安裝裝置。此外，纖維光導(dǎo)的進(jìn)入孔可被拋光，因?yàn)樗潭ㄔ诮饘侔^內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，接受塊包括彈簧支承的球端柱塞，從而確保金屬包頭適當(dāng)?shù)乇３职惭b在接受塊的孔內(nèi)。金屬包頭安裝在帶有凹入環(huán)狀部分的外殼內(nèi)。球端柱塞和凹入環(huán)狀部分相對設(shè)置，使得僅在金屬包頭完全插入孔內(nèi)時(shí)，球端柱塞安置在凹入環(huán)狀部分內(nèi)。當(dāng)這樣嚙合時(shí)，球端柱塞防止了金屬包頭從孔內(nèi)滑出。球端柱塞把金屬包頭保持在位直到施加足夠大的人力來拆下球端柱塞為止。通過把金屬包頭保持在位，可確保單個(gè)纖維的進(jìn)入孔沿著金屬包頭的插入方向橫向?qū)?zhǔn)。
錐形金屬包頭和接受塊的配合孔都是軸向?qū)ΨQ的，因此也可確?？v向?qū)?zhǔn)。換句話說，金屬包頭在孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)不會(huì)引起纖維的進(jìn)入孔的任何移動(dòng)并且只使纖維旋轉(zhuǎn)，而且它本身是軸向?qū)ΨQ的。因此所述定位問題也就不存在了。
因此，采用本發(fā)明的簡單錐形金屬包頭消除了現(xiàn)有基部連接器的上述問題。而且，不需要移動(dòng)部件，因此減少了基部連接器的成本。最后所得到的基部連接器簡單、可靠并容易制造。因此實(shí)現(xiàn)了上面所提出來的總目的。從下面的描述和與這里有關(guān)的附圖中可知，本發(fā)明的其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征是顯而易見的。


圖1是一個(gè)方框圖，它表示了把來自光源系統(tǒng)的光提供給連接到醫(yī)學(xué)照明裝置的單個(gè)光導(dǎo)纖維的醫(yī)學(xué)照明系統(tǒng)。
圖2是圖1中的纖維光導(dǎo)的基部連接器和圖1中的光源系統(tǒng)的部分殼體的局部橫截面?zhèn)纫晥D。
圖3是表示基部連接器完全插入到接受塊的孔內(nèi)時(shí)的圖2中的部件的局部橫截面的側(cè)視圖。
圖4是以虛線表示內(nèi)部部件的特定基部連接器的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的基部連接器的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。
參照附圖，現(xiàn)在描述本發(fā)明的典型實(shí)施例。這些實(shí)施例解釋了本發(fā)明的原理，但不應(yīng)當(dāng)作對本發(fā)明范圍的限制。
圖1圖示了照明系統(tǒng)10，該照明系統(tǒng)10例如具有通過單個(gè)纖維光導(dǎo)14而連接到光源系統(tǒng)16上的醫(yī)學(xué)裝置12。醫(yī)學(xué)裝置12可以是手術(shù)照明燈、手術(shù)用發(fā)光設(shè)備、內(nèi)窺鏡、管道探測鏡等。光源系統(tǒng)16包括諸如金屬檢鹵燈或者氙弧燈的高強(qiáng)度光源18和用于收集和聚集來自光源18的光的光導(dǎo)系統(tǒng)20。光導(dǎo)系統(tǒng)20可以包括一個(gè)或者多個(gè)諸如反光鏡的光導(dǎo)部件，該光導(dǎo)系統(tǒng)20例如可根據(jù)美國專利4,757,431所描述的光源系統(tǒng)來形成。
纖維光導(dǎo)14包括基部連接器22，該連接器22成形用于“咬接”插進(jìn)形成于光源系統(tǒng)16的殼體的接受塊上的孔內(nèi)?，F(xiàn)在參照其余的附圖來描述基部連接器22和基部連接器22插入其中的接受塊。
圖2提供了在插入光源系統(tǒng)16的殼體28的接受塊26上的孔24內(nèi)之前所布置的基部連接器22的側(cè)視圖?；窟B接器22具有三維對稱的外形，該外形與孔24的內(nèi)部形狀相配合。更具體地說，基部連接器22包括不銹鋼金屬包頭30，該金屬包頭30具有圓柱形基體部分31和帶有截頭端33、逐漸變細(xì)的錐形尖端32?；w部分31安裝在外殼34內(nèi)，而外殼34基本上是精確的圓柱體，但是包括一個(gè)凹入環(huán)狀部分36，該環(huán)36偏離錐形截頭部分38一個(gè)距離。光導(dǎo)纖維14裝在外殼34和金屬包頭30的內(nèi)部孔內(nèi)。光導(dǎo)纖維14的進(jìn)入孔40與金屬包頭30的前截頭端33平齊。
如所提到的那樣，基部連接器的外形與孔24的內(nèi)部形狀相配合。換句話說，孔24包括圓柱部分和錐形部分，它們基本上具有與基部連接器的相應(yīng)部分相同的尺寸和形狀。但是，一個(gè)例外是孔沒有限制出一個(gè)向外延伸的、成形用于與凹入環(huán)狀部分36相配合的環(huán)。而是，沿著安裝塊26的內(nèi)側(cè)壁44安裝了球端柱塞彈簧偏移機(jī)構(gòu)42。球端柱塞42是這樣設(shè)置成只在基部連接器完全插入到孔24內(nèi)時(shí)它才與凹入環(huán)狀部分36相接合。這圖示于圖3中。因此，球端柱塞42使得基部連接器在插入過程中咬接安裝就位。
球端柱塞防止了基部連接器偶然從孔中滑出。只能通過這樣的方式來人工拆下基部連接器用足夠大的力來拉基部連接器，從而使球端柱塞移出凹入環(huán)狀部分以使連接器自由拆下。當(dāng)然，可以采用其它的偏移機(jī)構(gòu)。例如，球端柱塞可以安裝到基部連接器的外殼上，而使環(huán)形成在殼體內(nèi)。作為另外一個(gè)可采用的方法，外殼可以形成帶有一個(gè)彈性向外延伸的環(huán)，而孔形成帶有一個(gè)配合環(huán)。在基部連接器插入時(shí)，外殼的彈性環(huán)稍稍地向內(nèi)彎曲直到觸到殼體的配合環(huán)為止，然后向外咬接在殼體的配合環(huán)中。
繼續(xù)圖中的實(shí)施例，基部連接器的外形與接受塊的孔的內(nèi)部形狀相配合，有利于部分熱量從連接器轉(zhuǎn)移到接受塊。在使用過程中，高強(qiáng)度的光匯聚或聚集或?qū)?zhǔn)一個(gè)部位或位置46，而該部位或位置在連接器插入接受塊時(shí)與光導(dǎo)纖維的進(jìn)入孔相對應(yīng)。在部位或位置46附近的光的強(qiáng)度使金屬包頭30變熱。但是，在金屬包頭內(nèi)產(chǎn)生的熱量很快就從金屬包頭的尖端傳走了，并且這些熱量最后進(jìn)入了接受塊。為了有利于熱量轉(zhuǎn)移，金屬包頭和接受塊這兩者最好由不銹鋼形成。通過把熱量從金屬包頭的尖端導(dǎo)走，該金屬包頭保持相對較低溫度，因此在拆下基部連接器時(shí)，金屬包頭不需要防護(hù)，并且觸摸包頭尖端的人不會(huì)有燒傷的危險(xiǎn)。
最好，基部連接器的尺寸大小和孔的尺寸大小被加工成相當(dāng)緊的緊公差，從而確保基部連接器的金屬包頭在金屬包頭的整個(gè)外部表面積上與接受塊的內(nèi)壁相接觸。它們之間的任何間隙有可能妨礙來自金屬包頭的熱量的傳導(dǎo)。
如所提到的那樣，金屬包頭30可以由不銹鋼形成。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼34由塑性材料制成。但是，在一些情況下，可能為了提供更高的熱傳導(dǎo)性，因此外殼34也可以由不銹鋼來形成。正如我們所知道的，按照本發(fā)明的原理，可以采用各種各樣的供選擇的材料。同樣，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)作了描述的、特定的圓柱形和錐形是有效的，但是其它形狀也是有效的。當(dāng)然，無論選擇哪種形狀，金屬包頭的形狀應(yīng)該緊密地與相應(yīng)孔的形狀相配合，至少在預(yù)定的導(dǎo)熱區(qū)域相配合。換句話說，遠(yuǎn)離纖維端部的基部連接器的部分和孔不需要配合那樣緊密，因?yàn)樵谶h(yuǎn)離光導(dǎo)纖維端部的位置需要較小的導(dǎo)熱性。
基部連接器和孔的形狀的另一方面是這兩者基本上軸向?qū)ΨQ。因此，基部連接器可以在孔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，而沒有移動(dòng)光導(dǎo)纖維的進(jìn)入孔。因此，保持了精確的軸向定位。纖維尖端沿著插入方向的橫向定位通過安置在凹入環(huán)狀部分36內(nèi)的球端柱塞來保持。因此保持了纖維的進(jìn)入孔的精確定位。如上所述，由于纖維的進(jìn)入孔與金屬包頭的截頭端平齊，因此進(jìn)入孔可被拋光從而提供改進(jìn)的光導(dǎo)性能。
圖4是具體的基部連接器的橫截面圖，該基部連接器成形為圖1-3所通常描述的那樣。尤其是，圖4圖示了安裝纖維光導(dǎo)的基部連接器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。更具體地說，圖4的基部連接器100包括纖維光導(dǎo)114通過的孔102。光導(dǎo)纖維的未端部分由夾緊件116來固定，而夾緊件116也安裝到外殼120的錐形未端118上。如同圖2和圖3的基部連接器一樣，圖4的基部連接器100包括具有錐形端122的金屬包頭。外殼120還包括凹進(jìn)的、縱向地延伸的環(huán)124。
本發(fā)明可以連接來自高強(qiáng)度光源的光，該高強(qiáng)度光源具有例如在大約300mw到大約1000mw范圍內(nèi)的功率級。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于本發(fā)明系統(tǒng)的高強(qiáng)度光源具有大約400mw到大約500mw的功率級。
所描述的是一種改進(jìn)的基部連接器，該基部連接器與采用單個(gè)光導(dǎo)纖維的光導(dǎo)照明系統(tǒng)一起使用。尤其是，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)中使用溫度敏感材料。但是，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到其它系統(tǒng)和其它應(yīng)用中。例如，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到安裝有其它光導(dǎo)纖維部件如纖維束或類似部件的光導(dǎo)照明系統(tǒng)上。例如，圖5表示纖維光導(dǎo)部件通過的基部連接器100A，該基部連接器包括熔融的玻璃束或101，并終止于錐形基部尖端122A。這個(gè)實(shí)施例包括纖維光纜適配器外殼120A，而外殼120A包括凹入的、縱向延伸的的環(huán)124A。纖維光纜適配器外殼120A安放纖維束或單個(gè)纖維128通過其中的纖維光纜連接器126。
由于對所述實(shí)施例可詳細(xì)地進(jìn)行許多改進(jìn)、變形和變化，因此上面描述和在附圖中所表示出來的所有情形是起解釋作用的，而不是起限制作用的。
權(quán)利要求
1.一種用于把來自高強(qiáng)度光源的光連接到光導(dǎo)纖維部件上的系統(tǒng)，高強(qiáng)度光源包括一個(gè)用于收集和匯聚光的光導(dǎo)系統(tǒng)，其中該源位于一個(gè)殼體內(nèi)，光導(dǎo)纖維部件可拆下地插入在形成于殼體上的孔內(nèi)，其改進(jìn)包括把纖維部件的一個(gè)端部安裝在錐形金屬包頭內(nèi)；成形具有錐形形狀的殼體的孔，該孔尺寸使得可以緊密地安放所述錐形金屬包頭，并使得殼體和金屬包頭進(jìn)行導(dǎo)熱接觸，因此使光導(dǎo)纖維部件和該系統(tǒng)之間保持精確對準(zhǔn)，并且有利于熱量從光導(dǎo)纖維部件中傳遞走，該系統(tǒng)通過收集和匯聚光的所述光導(dǎo)系統(tǒng)將所述高強(qiáng)度光連接到所述光導(dǎo)纖維部件，其中，金屬包頭和殼體的孔的側(cè)壁都由高傳熱系數(shù)的材料形成，并且來自所述光源的光具有大約300mw到大約1000mw的強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征在于，來自所述光源的光具有大約400mw到大約500mw的強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征在于，所述材料是不銹鋼。
4.如權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征在于，金屬包頭安裝在殼體內(nèi)，所述殼體具有縱向延伸的凹入環(huán)狀部分，并且該孔包括彈簧支承的球端柱塞，該球端柱塞設(shè)置用于只在金屬包頭完全插入到孔內(nèi)時(shí)與凹入環(huán)狀部分嚙合。
5.如權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征在于，光導(dǎo)纖維部件是單個(gè)光導(dǎo)纖維。
6.一種用于把光連接到光導(dǎo)纖維部件的光源系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)殼體；一個(gè)安裝在所述殼體內(nèi)的光導(dǎo)系統(tǒng)；一個(gè)具有孔的接受塊，該孔用于可拆下地安裝一個(gè)光導(dǎo)纖維部件；以及一個(gè)提供高強(qiáng)度光的光源，其中來自該光源的光具有大約300mw到大約1000mw的強(qiáng)度；所述光源、所述光導(dǎo)系統(tǒng)和所述孔設(shè)置成將來自所述光源的光連接到光導(dǎo)纖維部件；以及所述孔具有用于緊密地安裝錐形金屬包頭的錐形內(nèi)側(cè)壁，錐形金屬包頭環(huán)繞光導(dǎo)纖維的一個(gè)端部安裝，其中，孔的側(cè)壁由具有高傳熱系數(shù)的材料形成。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料是不銹鋼。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，光源是一個(gè)弧光燈。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，接受塊的內(nèi)側(cè)壁具有彈簧支承的球端柱塞，該球端柱塞設(shè)置成只在金屬包頭完全插入到孔內(nèi)時(shí)與形成在金屬包頭上的縱向凹入環(huán)狀部分嚙合。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，光導(dǎo)纖維部件是一單個(gè)光導(dǎo)纖維。
11.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，來自該源的光具有大約400mw到大約500mw的強(qiáng)度。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，纖維光導(dǎo)部件是一熔融的玻璃束。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熔融玻璃束將光傳導(dǎo)到纖維束。
14.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，纖維光導(dǎo)部件是一熔融的玻璃束。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熔融玻璃束將光傳導(dǎo)到纖維束上。
全文摘要
基部連接器(22)包括包圍光導(dǎo)纖維部件基端(33)的不銹鋼錐形金屬包頭(30)。金屬包頭(30)插入到不銹鋼制成的接受塊(26)的配合孔(24)內(nèi)。金屬包頭和接受塊(26)的孔(24)的配合形狀確保熱量從金屬包頭(30)有效地傳導(dǎo)到接受塊(26)。金屬包頭(30)和孔(24)軸向?qū)ΨQ,在插入到接受塊(26)時(shí),基部連接器(22)的旋轉(zhuǎn)不會(huì)改變光導(dǎo)纖維部件(14)的進(jìn)入孔的位置?；窟B接器(22)還包括具有凹入環(huán)狀部分(36)的外殼。球端柱塞(42)的偏移機(jī)構(gòu)安裝在接受塊(26)的孔(24)內(nèi),并只在基部連接器(22)完全和安全地插入到孔(24)內(nèi)時(shí)與凹入環(huán)狀部分(26)接合。柱塞(42)防止了基部連接器(22)意外拆下,并同時(shí)提供用于確保錐形金屬包頭(30)和接受塊(26)的相應(yīng)部分之間牢固接觸的偏移力,進(jìn)而有利于傳導(dǎo)熱量。
文檔編號G02B6/42GK1251659SQ98803706
公開日2000年4月26日 申請日期1998年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月1日
發(fā)明者托馬斯·W·羅勒 申請人:考金特光學(xué)技術(shù)公司