把光导纤维部件安装到光源系统上的咬接式基部连接器 本发明是1995年7月14日提交的08/502,068号美国专利申请的局部改进。
本发明大体涉及把光连接到单个光导纤维或纤维束上的光导系统，本发明尤其涉及把单个光导纤维或纤维束连接到光源系统的壳体的连接器。
为了把来自高强度光源如弧光灯的光连接到光导纤维束或者单个光导纤维上，已开发了各种各样的光源系统。连接到光导纤维束或单个纤维上的光例如可以用于医学照明目的，如做手术用的发光设备、头灯、内窥镜或管道探测镜。
一般地，单个纤维或纤维束的基端安装在基部连接器内，而该基部连接器用于插入到装有光源的壳体内的槽或孔中。单个纤维或纤维束的未端连接到应用装置上，即手术发光设备、内窥镜等。一般地，基部连接器成形成可从光源系统上拆下来。这使得操作应用装置的人，如使用手术头灯地外科医生可以自由移动，在纤维或纤维束连接到光源系统上时，这可能受到妨碍。设置可拆下的基部连接器还使得单个光源系统用于为各种各样的不同应用装置提供光，每个这种应用装置具有相应的基部连接器。
但是，在许多现有的基部连接器上出现了问题，尤其是为与单个光导纤维一起使用而设计的这些基部连接器出现了问题。单个纤维需要高强度光对准通过基部连接器安装的单个纤维的进入孔。单个纤维的现有基部连接器一般支撑石英纤维，对石英纤维而言灼热不是问题。如果光导纤维的材料对热损害敏感，那么需要有消除热量的方法来确保连续工作。对具有聚合物覆层的石英纤维而言，现有连接器的过量热量将会损害覆层。为解决这个问题，以前的一些光源系统成形成在离开基部连接器本身一定距离处设置单个纤维的基部进入孔。然后，高强度光汇聚在单个纤维的进入孔处，而该单个纤维的进入孔偏离基部连接器本身。因此，基部连接器受到较少加热。但是，由于单个纤维的进入孔从基部连接器处延伸，因此在从光源系统拆下来后，纤维没有受到保护，而容易断裂或者受到其它损害。
至少一个基部连接器包括设计用于保护纤维的可滑动壳体。在连接器安装到光源系统上时，壳体缩回以使单个纤维接受光。当连接器从光源系统拆下时，可滑动壳体向外滑动从而包围和保护光导纤维。例如，可参看1994年5月5日提交的美国专利申请08/238,589，它的题目是“具有用于保护纤维光导的露出端的罩和装置的纤维光导连接器”。尽管这种结构保护了光导纤维的基端，并同时减少了与热量有关的问题，但是实现这个是以需要复杂的基部连接器为代价的，该复杂基部连接器具有许多对损害或故障敏感的移动部件。
由于基部连接器具有延伸出连接器本身的光导纤维，因而产生了其它的问题。如上所述，单个纤维需要纤维的进入孔相对光源系统的光导部件精确定位，由于具有延伸出连接器的纤维而使得该光导部件复杂化。而且，抛光这种伸出基部连接器的纤维是困难的并且不容易制造。
希望提供一种改进的基部连接器，该连接器可避免上述现有基部连接器的缺点。为此，形成了本发明的这些方面。
本发明提供了一种用于把光导纤维部件如单个光导纤维或者纤维束连接到光源系统的壳体上的基部连接器。基部连接器包括锥形金属包头，该金属包头环绕单个纤维的基端而安装，而单个纤维的基端是为对准和减少热量而设计的。锥形金属包头的尺寸和形状作成能安装在壳体的接受块中的锥形槽或孔内。在插入时，锥形金属包头的外侧壁紧贴地靠在接受块的内侧壁上。高强度光对准单个纤维的基端的进入孔。该进入孔与锥形金属包头的截头端对准。
锥形金属包头和接受块由具有高热传导系数的不锈钢或其它金属或合金形成。相应地，高强度光在锥形金属包头内产生的任何热量可以传导到壳体的接受块，因此使锥形金属包头和包围在其中的单个纤维保持相对较低的温度。如所描述的那样，纤维光导不会从锥形金属包头的截头端伸出，但是与此相平齐。因此，从壳体拆下时，锥形金属包头保护光导纤维部件免于受到可能的损害。在这种方式中，灼热问题和损害问题基本上消除了，而不需要复杂和昂贵的安装装置，如具有可滑动外部壳体的上述那种安装装置。此外，纤维光导的进入孔可被抛光，因为它固定在金属包头内。
在一个实施例中，接受块包括弹簧支承的球端柱塞，从而确保金属包头适当地保持安装在接受块的孔内。金属包头安装在带有凹入环状部分的外壳内。球端柱塞和凹入环状部分相对设置，使得仅在金属包头完全插入孔内时，球端柱塞安置在凹入环状部分内。当这样啮合时，球端柱塞防止了金属包头从孔内滑出。球端柱塞把金属包头保持在位直到施加足够大的人力来拆下球端柱塞为止。通过把金属包头保持在位，可确保单个纤维的进入孔沿着金属包头的插入方向横向对准。
锥形金属包头和接受块的配合孔都是轴向对称的，因此也可确保纵向对准。换句话说，金属包头在孔内的旋转不会引起纤维的进入孔的任何移动并且只使纤维旋转，而且它本身是轴向对称的。因此所述定位问题也就不存在了。
因此，采用本发明的简单锥形金属包头消除了现有基部连接器的上述问题。而且，不需要移动部件，因此减少了基部连接器的成本。最后所得到的基部连接器简单、可靠并容易制造。因此实现了上面所提出来的总目的。从下面的描述和与这里有关的附图中可知，本发明的其它的目的、优点和特征是显而易见的。
图1是一个方框图，它表示了把来自光源系统的光提供给连接到医学照明装置的单个光导纤维的医学照明系统。
图2是图1中的纤维光导的基部连接器和图1中的光源系统的部分壳体的局部横截面侧视图。
图3是表示基部连接器完全插入到接受块的孔内时的图2中的部件的局部横截面的侧视图。
图4是以虚线表示内部部件的特定基部连接器的侧视图。
图5是本发明的基部连接器的另一个实施例的横截面图。
参照附图，现在描述本发明的典型实施例。这些实施例解释了本发明的原理，但不应当作对本发明范围的限制。
图1图示了照明系统10，该照明系统10例如具有通过单个纤维光导14而连接到光源系统16上的医学装置12。医学装置12可以是手术照明灯、手术用发光设备、内窥镜、管道探测镜等。光源系统16包括诸如金属检卤灯或者氙弧灯的高强度光源18和用于收集和聚集来自光源18的光的光导系统20。光导系统20可以包括一个或者多个诸如反光镜的光导部件，该光导系统20例如可根据美国专利4,757,431所描述的光源系统来形成。
纤维光导14包括基部连接器22，该连接器22成形用于“咬接”插进形成于光源系统16的壳体的接受块上的孔内。现在参照其余的附图来描述基部连接器22和基部连接器22插入其中的接受块。
图2提供了在插入光源系统16的壳体28的接受块26上的孔24内之前所布置的基部连接器22的侧视图。基部连接器22具有三维对称的外形，该外形与孔24的内部形状相配合。更具体地说，基部连接器22包括不锈钢金属包头30，该金属包头30具有圆柱形基体部分31和带有截头端33、逐渐变细的锥形尖端32。基体部分31安装在外壳34内，而外壳34基本上是精确的圆柱体，但是包括一个凹入环状部分36，该环36偏离锥形截头部分38一个距离。光导纤维14装在外壳34和金属包头30的内部孔内。光导纤维14的进入孔40与金属包头30的前截头端33平齐。
如所提到的那样，基部连接器的外形与孔24的内部形状相配合。换句话说，孔24包括圆柱部分和锥形部分，它们基本上具有与基部连接器的相应部分相同的尺寸和形状。但是，一个例外是孔没有限制出一个向外延伸的、成形用于与凹入环状部分36相配合的环。而是，沿着安装块26的内侧壁44安装了球端柱塞弹簧偏移机构42。球端柱塞42是这样设置成只在基部连接器完全插入到孔24内时它才与凹入环状部分36相接合。这图示于图3中。因此，球端柱塞42使得基部连接器在插入过程中咬接安装就位。
球端柱塞防止了基部连接器偶然从孔中滑出。只能通过这样的方式来人工拆下基部连接器：用足够大的力来拉基部连接器，从而使球端柱塞移出凹入环状部分以使连接器自由拆下。当然，可以采用其它的偏移机构。例如，球端柱塞可以安装到基部连接器的外壳上，而使环形成在壳体内。作为另外一个可采用的方法，外壳可以形成带有一个弹性向外延伸的环，而孔形成带有一个配合环。在基部连接器插入时，外壳的弹性环稍稍地向内弯曲直到触到壳体的配合环为止，然后向外咬接在壳体的配合环中。
继续图中的实施例，基部连接器的外形与接受块的孔的内部形状相配合，有利于部分热量从连接器转移到接受块。在使用过程中，高强度的光汇聚或聚集或对准一个部位或位置46，而该部位或位置在连接器插入接受块时与光导纤维的进入孔相对应。在部位或位置46附近的光的强度使金属包头30变热。但是，在金属包头内产生的热量很快就从金属包头的尖端传走了，并且这些热量最后进入了接受块。为了有利于热量转移，金属包头和接受块这两者最好由不锈钢形成。通过把热量从金属包头的尖端导走，该金属包头保持相对较低温度，因此在拆下基部连接器时，金属包头不需要防护，并且触摸包头尖端的人不会有烧伤的危险。
最好，基部连接器的尺寸大小和孔的尺寸大小被加工成相当紧的紧公差，从而确保基部连接器的金属包头在金属包头的整个外部表面积上与接受块的内壁相接触。它们之间的任何间隙有可能妨碍来自金属包头的热量的传导。
如所提到的那样，金属包头30可以由不锈钢形成。在一个实施例中，外壳34由塑性材料制成。但是，在一些情况下，可能为了提供更高的热传导性，因此外壳34也可以由不锈钢来形成。正如我们所知道的，按照本发明的原理，可以采用各种各样的供选择的材料。同样，尽管已经发现作了描述的、特定的圆柱形和锥形是有效的，但是其它形状也是有效的。当然，无论选择哪种形状，金属包头的形状应该紧密地与相应孔的形状相配合，至少在预定的导热区域相配合。换句话说，远离纤维端部的基部连接器的部分和孔不需要配合那样紧密，因为在远离光导纤维端部的位置需要较小的导热性。
基部连接器和孔的形状的另一方面是这两者基本上轴向对称。因此，基部连接器可以在孔内自由旋转，而没有移动光导纤维的进入孔。因此，保持了精确的轴向定位。纤维尖端沿着插入方向的横向定位通过安置在凹入环状部分36内的球端柱塞来保持。因此保持了纤维的进入孔的精确定位。如上所述，由于纤维的进入孔与金属包头的截头端平齐，因此进入孔可被抛光从而提供改进的光导性能。
图4是具体的基部连接器的横截面图，该基部连接器成形为图1-3所通常描述的那样。尤其是，图4图示了安装纤维光导的基部连接器的内部结构。更具体地说，图4的基部连接器100包括纤维光导114通过的孔102。光导纤维的未端部分由夹紧件116来固定，而夹紧件116也安装到外壳120的锥形未端118上。如同图2和图3的基部连接器一样，图4的基部连接器100包括具有锥形端122的金属包头。外壳120还包括凹进的、纵向地延伸的环124。
本发明可以连接来自高强度光源的光，该高强度光源具有例如在大约300mw到大约1000mw范围内的功率级。根据一个实施例，用于本发明系统的高强度光源具有大约400mw到大约500mw的功率级。
所描述的是一种改进的基部连接器，该基部连接器与采用单个光导纤维的光导照明系统一起使用。尤其是，本发明实现了在单个光导纤维结构中使用温度敏感材料。但是，本发明的原理可以应用到其它系统和其它应用中。例如，本发明的原理可以应用到安装有其它光导纤维部件如纤维束或类似部件的光导照明系统上。例如，图5表示纤维光导部件通过的基部连接器100A，该基部连接器包括熔融的玻璃束或101，并终止于锥形基部尖端122A。这个实施例包括纤维光缆适配器外壳120A，而外壳120A包括凹入的、纵向延伸的的环124A。纤维光缆适配器外壳120A安放纤维束或单个纤维128通过其中的纤维光缆连接器126。
由于对所述实施例可详细地进行许多改进、变形和变化，因此上面描述和在附图中所表示出来的所有情形是起解释作用的，而不是起限制作用的。