3.3. Основні елементи ендоскопів з волоконною оптикою

3.3.1. Волоконно-оптичні джгути

Волоконно-оптичні джгути, найчастіше використовувані в приладобудуванні, мають діаметри від 0,5 до 400 мм і довжина від 0,5 до 4000 м і більше. Залежно від призначення, волоконно-оптичні джгути поділяються на наступні основні типи [40]:

Р - джгути з регулярним укладанням волокон, призначені для передачі зображення;

П - джгути для перетворення форми світлового перетину;

Э - гнучкі волоконно-оптичні елементи, склеєні з одного торця;

Э-Л - волоконно-оптичні стрічкові елементи, склеєні на певній довжині;

О - освітлювальні джгути з нерегулярно укладених волокон, призначені для передачі світла у видимій області спектру;

О-С - освітлювальні джгути з нерегулярний укладених волокон, призначені для передачі світла у видимій області спектру без спотворення колірності;

О-ИК - освітлювальні джгути з нерегулярно укладених волокон, призначені для передачі світла в ближній ІЧ-області спектру;

О-ИК-- освітлювальні джгути з нерегулярно укладених волокон, призначені для передачі світла в ближній ІЧ-області спектру, - стійкі.

Волоконно-оптичні джгути, залежно від форми торця і конструкції наконечника, поставляються в різних виконаннях:

А - круглого перетину без наконечника;

Б - круглого перетину з гладкими циліндровими наконечниками;

В - круглого перетину з фасонними наконечниками;

Т - круглого перетину з тонкостінними наконечниками;

Г - квадратний або прямокутний перетини без наконечника.

Залежно від вигляду захисної оболонки, джгути бувають: Х - в полівінхлоридній оболонці; С - в силіконовій оболонці; М - в металорукаві.

У [40] наведені також відомості про характеристики вітчизняних волоконно-оптичних джгутів різних типів. Зовнішній вигляд деяких джгутів представлений на рисунку 3.18.

Рис. 3.18. Зовнішній вигляд волоконно-оптичних джгутів, що випускаються ПО "Литкарінський оптико-механічний завод"

У таблицях 3.3, 3.4 наводиться інформація про деякі джгути, вироблювані ПО "Литкарінський оптико-механический завод".

У таблиці 3.5 наведені дані про найбільш поширені джгути для передачі зображення, які використовуються в даний час у вітчизняних ендоскопах [41].

Таблиця 3.3

Гнучкі волоконно-оптичні джгути типу Р з регулярним укладанням волокон (ГВОЖ)

Характеристика	Значення
Числова апертура, не менше	0,5
Перетин світлового торця джгута: - діаметр, мм - прямокутник із сторонами, мм	від 1,0 до 15,0 від 1,0 до 15,0
Роздільна здатність, мм^-1	до 18,0
Світлопропускання для джгутів завдовжки, %: - до 500 мм - від 500 до 1000 мм - від 1000 до 1400 мм	50 40 30
Температура експлуатації, °С: - виконання I - виконання II	від -50 до +60 від -50 до +200

Продовження табл. 3.3

Щільність скловолокна в джгутах, г/см^3	2,81
Тип захисної оболонки: полівінілхлоридний, силіконовий, металорукав

Таблиця 3.4

Джгути регулярні волоконно-оптичні ГРЖВ-Т малого діаметру для медичних і технічних ендоскопів

Довжина, мм	Діаметр, мм	Розрахункова числова апертура	Інтегральний коефіцієнт пропускання, %	Роздільна здатність, мм^-1	Оболонка	Маса, г
500-7000	1,0-2,3	0,45	20-38	20-45	трубка гумова надтонка	4-80

Джгути, представлені в таблиці 3.5, мають гексагональне укладання волокон.

Таблиця 3.5

Характеристики особливо тонких волоконно-оптичних джгутів

Світловий діаметр джгута, мм	Довжина джгута, мм	Роздільна здатність, мм^-1	Числова апертура	Інтегральний коефіцієнт світлопропускання джгута на довжинах хвиль від 450 до 650 мкм	Коефіцієнт передачі модуляції на частоті 40 мм^-1
0,30	1000	до 100	0,50	0,35	0,90
0,45	1000-2100	до 80	0,50	0,35	0,98
0,80	500-2250	45-50	0,50	0,30	0,95
1,00	900-1850	45-50	0,50	0,30	0,94
1,20	1500	40-50	0,50	0,30	0,90
1,40	500-3250	40-45	0,50	0,30-0,20	0,90

Залежно від способу виготовлення, джгути з регулярним укладанням можуть мати площу дефектів від 0,001 до 1%. Ці джгути допускають багатократний вигин з радіусом, рівним 5-8 діаметрам джгута. Загальне число жил в джгуті складає 14000-25000.

Параметри освітлювальних джгутів ПО "Литкарінський оптико-механічний завод" представлені в таблиці 3.6.

Зазвичай освітлювальний джгут, який використовується в ендоскопах, роздвоюється на два джгути (див. рисунок 3.18), дистальні кінці яких розташовуються симетрично відносно джгута, який передає зображення (рисунок 3.19, а). Проте мініатюризація ендоскопів, використовуваних, наприклад, в офтальмології, викликала розробку системи "освітлювальний джгут - роздільний джгут" у вигляді коаксіального кільця і циліндра (рисунок 3.19, б).

Таблиця 3.6

Характеристики освітлювальних волоконно-оптичних джгутів

Тип	Довжина, мм	Діаметр, мм	Розрахункова числова апертура	Спектральний коефіцієнт пропускання, %	Інтегральний коефіцієнт пропускання, %	Оболонка	Маса, г
О	от250 до 10000	от1 до 12	0,5	-	55-10	силіконова, полівінілхлоридна, металорукав	від 0,6 до 445,0
О-С	від 250 до 10000	від 1 до 5	0,5	50-43(450-650 нм)	55-1		від 0,6 до 199,0
О-ИК	від 250 до 10000	від 1 до 5	0,5	51-9 (860-1060 нм)	-		від 0,6 до 199,0
О-ИК-Д-1	від 1000 до 25000	1,5	0,5	51-9 (860-1060 нм)	-		від 4,9до 124,0

Продовження табл. 3.6

О-ИК-

від 250 до 1400

від 1 до 12

0,5

43-34 (860-1060 нм)

12

від 0,6 до 445,0

Діаметр роздільчого джгута з регулярним укладанням волокон може досягати 0,3 - 0,5 мм, а довжина жорсткої спеченої частини (як кільця, так і циліндра) - від декількох міліметрів до десятків сантиметрів [41].

Рис. 3.19. Розташування освітлювального і передавального зображення джгутів в ендоскопах: а) традиційне; б) коаксіальне; 1 - джгут, який передає зображення; 2 - освітлювальний джгут; 3 - металеві втулки

Освітлювальний джгут, який використовується в жорстких ендоскопах, зазвичай має роз'єм в ендоскопі. У гнучких ендоскопах і, особливо, у фото-, кіно- і телеендоскопах освітлювальний джгут представляє нерозривне ціле з ендоскопом і не має роз'ємів. Зазвичай довжина джгута від освітлювального блоку до ендоскопа лежить в межах від 1,4 до 1,8 м, а загальна довжина джгута більша за довжину самого ендоскопа.

Над виробництвом освітлювальних джгутів працює більше 40 фірм, що випускають майже 2000 різних типів джгутів, які відрізняються довжиною, перетином, оболонкою і наконечниками. Випускаються джгути і з розгалуженням на вході, які підключаються до двох конденсорів з метою максимального використання світлового потоку від джерела випромінювання.

Освітлювальні джгути мають круглу або прямокутну форму перетину вхідного торця, що дає можливість забезпечити відповідність перетину джгута формі тіла напруження джерела світла. На проміжних роз'ємах торці джгутів круглі, що спрощує конструкцію роз'єму та виключає закручування джгута. Або вихідний торець джгута розміщується збоку об'єктиву, а вісь виходу джгута направлена на центр даного об'єкту, або вихідний кінець об'єктиву ділиться на дві частини (див. рисунок 3.19, а), або волокна джгута розміщується кільцем навколо об'єктиву (див. рисунок 3.19, б). Перший спосіб освітлення забезпечує краще спостереження рельєфу, оскільки створює тіні і відблиски від нерівностей поверхонь, останній же створює рівномірне освітлення, але зображення менш рельєфне.

Захисні оболонки джгутів призначені для оберігання волокон від руйнування при перегинах, закручуванні, сплющенні, від розриву і проникнення вологи. Крім того, оболонка повинна володіти високою гнучкістю, бути досить легкою, аби джгут не зволікав руку лікаря, що утримує ендоскоп. Існує безліч конструкцій оболонок, наприклад, металеві спіралі (плоскі і фасонні), для запобігання закручуванню одягнені в металеву сітку, а для герметичності - в зовнішню гумову або латексну оболонку і ін.

Наконечники служать для з'єднання джгута з освітлювальним блоком і зі світлопроводом ендоскопа. Відомо більше 80 типів наконечників джгутів і майже стільки ж типів гнізд до них. Різноманітність типів наконечників поки не забезпечує взаємозамінність джгутів, які випускаються різними фірмами. Наконечники забезпечують міцність з'єднання, точність збігу торців джгута із зображенням тіла напруження джерела світла і з торцем світлопроводу ендоскопа. Через наконечник джгут своїми кінцями сполучений з гнучкою оболонкою. Для запобігання облому волокон в місці переходу жорсткого наконечника до гнучкої частини застосовуються пом'якшувачі (зазвичай гумові або пластмасові трубки, які охоплюють оболонку і потоншуються з віддаленням від наконечника).