專利名稱：用于遠(yuǎn)程成像系統(tǒng)的具有環(huán)繞光學(xué)傳輸線芯的信號(hào)導(dǎo)線的電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多電線的電纜，更特別涉及用于遠(yuǎn)程成像系統(tǒng)的電纜。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)程成像系統(tǒng)用于觀察不便正常進(jìn)行人體觀察或不便使用傳統(tǒng)的成像工具的物體。僅能設(shè)置尺寸有限的圖像轉(zhuǎn)換器以便進(jìn)行觀察，并且為了觀察要將信號(hào)輸送至遠(yuǎn)距離的位置處。例如，外科醫(yī)生利用光學(xué)成像探頭來(lái)觀察內(nèi)部組織以便進(jìn)行診斷或外科手術(shù)。這類系統(tǒng)需要最小型的多電線電纜組件將由電荷耦合器件(CCD)記錄的圖像輸送至外部顯示屏上。
對(duì)于外科手術(shù)和其它用途而言，希望使電纜的尺寸達(dá)到最小。有限的直徑有助于實(shí)現(xiàn)理想的靈活性。但是，詳細(xì)的實(shí)時(shí)圖像需要顯著的帶寬，從而需要許多具有規(guī)定頻率功率的獨(dú)立導(dǎo)線。為了在需要大量的導(dǎo)線時(shí)避免形成不希望的大體積的電纜，采用了非常細(xì)的導(dǎo)線。為了限制電噪音和在高信號(hào)頻率下的相互影響，導(dǎo)線通常要被屏蔽。一種典型的方案使用了非常細(xì)的共軸電線，這些電線在一根電纜中是成束設(shè)置的。每根電線均具有其自身的屏蔽層，其能夠提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)以避免在高頻下產(chǎn)生相互干涉。
雖然能夠操作滿足要求，但是許多共軸組件仍具有一些缺點(diǎn)。細(xì)的共軸電線的制造成本比許多場(chǎng)合可接收的成本要高。端接非常細(xì)的共軸電線的方式是復(fù)雜且價(jià)格昂貴的。并且由于需要在線芯導(dǎo)線和屏蔽層之間具有規(guī)定間隙，因此，共軸電線會(huì)出現(xiàn)不希望的大型化。
對(duì)于低壓差分信號(hào)(LVDS)通信而言，雙扭電線已得到有效使用。但是，對(duì)于最細(xì)線規(guī)的電線和在某些用途中所需的高頻而言，雙扭電線具有嚴(yán)重的局限性。一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)將雙扭電線扎成束并且由一適當(dāng)?shù)钠帘螌影鼑鷷r(shí)，這些雙扭電線根據(jù)所述保護(hù)層具有不同的電特性。與其它雙扭電線相比，一些雙扭電線將不可避免地更靠近屏蔽層，從而當(dāng)信號(hào)在不同的時(shí)間、經(jīng)不同的雙扭電線到達(dá)時(shí)，這些雙扭電線會(huì)共同造成阻抗差異或信號(hào)變形。這些變形會(huì)限制可使用的信號(hào)比率，這對(duì)于細(xì)小、柔軟的電纜所需的非常小的導(dǎo)線而言是需要關(guān)注的，該電纜需要大量的線路。
目前的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)在于這些系統(tǒng)沒(méi)有光源，因此外科醫(yī)生手中需要握住第二電纜，以便經(jīng)光纖束傳輸光線。各條獨(dú)立電纜的結(jié)合導(dǎo)致進(jìn)行外科手術(shù)較為困難，并且需要在患者身上打開(kāi)一個(gè)較大的手術(shù)切口。另外，試圖使兩根電纜形成一體會(huì)形成剛性過(guò)大的電纜，這種電纜因其自身的整體尺寸而缺乏理想的柔性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供一種光學(xué)成像系統(tǒng)來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，該光學(xué)成像系統(tǒng)具有一根具有第一端和第二端的柔性電纜。所述電纜具有一個(gè)中央線芯元件，該元件包括一根柔性光學(xué)導(dǎo)管，且具有多根電線，這些電線環(huán)繞線芯元件以形成一根與由線芯的中央限定的軸線同心的管。電纜具有一個(gè)屏蔽層，該屏蔽層包圍所述電線并且與其距離是均等的。一電子元件與電纜的第一端相連并且具有一個(gè)與光學(xué)導(dǎo)管相連的照明裝置以及一個(gè)與所述電線相連的顯示裝置。一個(gè)圖像轉(zhuǎn)換器與電纜的第二端相連并且與所述電線相連。電線可以采用彼此距離相等的雙扭電線，并且與由線芯限定的軸線距離相等。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中一個(gè)最佳實(shí)施例的電纜組件的剖開(kāi)透視圖。
圖2為本發(fā)明中一個(gè)最佳實(shí)施例的電纜組件部件的剖開(kāi)透視圖。
圖3為本發(fā)明中一個(gè)最佳實(shí)施例的電纜組件的剖面端視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，使用了電纜組件的成像裝置的剖開(kāi)透視圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1顯示了一種用于高頻信號(hào)或高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜嵝噪娎|組件10。這種電纜包括一個(gè)線芯12，一組以螺旋狀繞線芯纏繞的雙扭電線14，以及一外包皮部分16。
線芯具有一根柔性光學(xué)導(dǎo)管，該導(dǎo)管設(shè)有一束可傳送光的光纖20。所述光纖由一螺旋金屬鎧裝層22包裹，其內(nèi)徑為0.160，外徑為0.200。鎧裝層所起的作用為提供圓柱形形狀，該形狀的橫剖面不會(huì)在后面的壓力作用下產(chǎn)生非常大的偏離，以維持雙扭電線距電纜的軸線具有均勻的距離。所述鎧裝層由一條螺旋包裹的薄屏蔽帶23提供屏蔽。所述帶為低摩擦含氟聚合物膜，其厚度為0.002英寸，寬度為0.125英寸，并且以45％交疊的方式纏繞。在最佳實(shí)施例中，導(dǎo)管設(shè)有2050根光纖，對(duì)于3.5mm的總體外徑而言，每一根光纖均具有.66的數(shù)值孔徑并具有70微米的直徑，且具有80％的光纖填充密度。
如下面詳細(xì)說(shuō)明的那樣，每一雙扭電線14均包括兩根螺旋狀扭絞的電線，這兩根電線彼此屏蔽并包裹在共形包皮中。雖然設(shè)置了九根雙扭電線，但是這一數(shù)量可根據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)合的需要，不受任何限制的變化。每一雙扭電線的包皮均具有0.030英寸的直徑，其允許每一雙扭電線包皮在其整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)均能夠抵靠在線芯的表面，并且與相鄰的雙扭電線的包皮彼此鄰接。這樣便能夠確保每一雙扭電線均與線芯導(dǎo)線以及與相鄰的雙扭電線保持相同的控制距離。
在最佳實(shí)施例中，雙扭電線以螺旋狀繞線芯纏繞。纏繞角度使每一雙扭電線在整個(gè)2.0英寸的電纜長(zhǎng)度范圍內(nèi)繞線芯實(shí)現(xiàn)一次完整的纏繞。纏繞角度可以略微變化以適應(yīng)雙扭電線包皮直徑和線芯包皮直徑的變化。如果雙扭電線具有能夠彼此鄰接并抵靠在線芯上的尺寸，那么雙扭電線直徑大于標(biāo)準(zhǔn)值或線芯直徑小于標(biāo)準(zhǔn)值的略微變化均會(huì)迫使至少一根雙扭電線不與線芯靠接。但是，以預(yù)定方式略微減小雙扭電線的尺寸(和/或加大線芯的尺寸)便能夠避免這一問(wèn)題的產(chǎn)生。在這種情況下，通過(guò)以螺旋狀纏繞雙扭電線，能夠避免如果雙扭電線與線芯平行而產(chǎn)生的雙扭電線之間的預(yù)定間隙。實(shí)際上，通過(guò)雙扭電線和線芯的幾何形狀能夠確定纏繞角度的度數(shù)，并且對(duì)于較小的雙扭電線直徑而言，纏繞角度會(huì)增大(并且一根雙扭電線的一圈完整的螺旋旋繞的長(zhǎng)度會(huì)減小)。
通過(guò)一條薄帶26以螺旋狀纏繞雙扭電線，該薄帶在中間制造步驟以及在電纜的整個(gè)壽命期間，能夠?qū)㈦p扭電線固定在線芯上。略微張緊所述帶，以將雙扭電線偏壓在線芯上，并且在使用期間電纜彎曲時(shí)能夠防止間隙的產(chǎn)生。所述帶為低摩擦的含氟聚合物膜，其厚度為0.004英寸。在帶的寬度為0.5英寸，雙扭電線以及線芯束的外徑為0.290英寸的情況下，所述帶纏繞大約三圈達(dá)到一英寸，并且在纏繞帶之間的重疊率為30％。
導(dǎo)電屏蔽層32緊密纏繞線芯束。屏蔽層為38AWG銅電線的編織帶，并且具有至少90％的特定覆蓋率。通過(guò)隔離包皮層的控制尺寸，屏蔽層距每一雙扭電線的距離均是相等的。
一外部包皮層34緊密地包圍屏蔽層且厚度為0.030英寸，并且保護(hù)其不會(huì)損壞。外部包皮由柔性聚氨酯構(gòu)成，并且最好是繞所述屏蔽層雙擠壓而成的。最終的電纜的外徑為0.390英寸。
圖2詳細(xì)顯示了單根雙扭電線14。雙扭電線中的每一根電線均具有由32AWG銅制成的導(dǎo)線40，該導(dǎo)線由壁厚為0.003英寸且由含氟聚合物制成的屏蔽包皮42包圍。每一包繞的電線的外徑均為0.015英寸。電線是以螺旋狀、以每英寸繞完整3圈的扭絞率纏繞的。在某些用途中，扭絞率可以以不同的比率制定以避免在相鄰的雙扭電線之間產(chǎn)生不想要的干涉。例如，所述扭絞率可以在兩個(gè)不同的值之間變化，以便相鄰的雙扭電線不會(huì)相互作用。電線在一根軸線上，沿它們的整個(gè)長(zhǎng)度彼此接觸。在最佳實(shí)施例中，電線被封裝在由聚合物材料制成的包皮44內(nèi)。所述包皮是繞電線雙擠壓而成的，其外徑為0.045英寸，或?yàn)殡p扭電線直徑的1-1/2倍。
如在最佳實(shí)施例中說(shuō)明及描述的那樣，已發(fā)現(xiàn)電纜能夠?qū)崿F(xiàn)每一雙扭電線100～655Mits/sec的數(shù)據(jù)傳送速率。其用于長(zhǎng)度為18～120英寸的電纜。對(duì)于必須方便地移動(dòng)連接件的場(chǎng)合(如對(duì)于連接至計(jì)算機(jī)設(shè)備或電子設(shè)備的輸入裝置或轉(zhuǎn)換器)，當(dāng)所采用的非常細(xì)的電線需要確保具有柔性時(shí)，相信其它目的所需的電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，就越需要更大的導(dǎo)線。雖然這些電纜可采用用于披露和說(shuō)明最佳實(shí)施例的原理，但是，它們?cè)谛枰貜?fù)彎曲的情況下則不太適用。
如圖4所示，在成像系統(tǒng)50中使用了電纜10。該系統(tǒng)包括一臺(tái)儀表52，電纜10以及一臺(tái)攝像機(jī)54。電纜10具有一個(gè)與儀表相連的第一端56，以及一個(gè)與攝像機(jī)相連的第二端60。
儀表具有一個(gè)帶有連接器64的殼體62。一根光纖導(dǎo)管66在殼體內(nèi)經(jīng)一個(gè)使光源連接至導(dǎo)管的聚光透鏡72、從連接器64延伸至一個(gè)如燈泡70這樣的照明源。一組電線74在殼體中，從連接器延伸至一個(gè)電路元件76。一個(gè)電子顯示屏80以電形式連接至所述電路。所述電路的作用在于經(jīng)電纜接收電編碼動(dòng)態(tài)圖像信息，并且對(duì)其進(jìn)行解碼以便在屏幕上顯示。
儀表連接器包括一個(gè)接口，其適于使殼體中的光學(xué)導(dǎo)管66與電纜的光纖束20相連。同樣，所述連接器包括使電線74與電纜的電線相連的元件。在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，可以永久地將電纜固定至殼體上，以便不需要連接器，并且光纖足以延伸至光源，并且電纜電線直接連接至所述電路。
攝像機(jī)54為一種小型裝置，其具有殼體82，該殼體具有一個(gè)腔室84，在該腔室中裝有一個(gè)電耦合器件(CCD)86。在可選擇的實(shí)施例中，可以使用任何適于產(chǎn)生電信號(hào)的電子圖像轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行解碼以便還原形成在轉(zhuǎn)換器表面上的圖像。殼體中的透鏡90位于CCD的成像表面的軸線上，以在成像表面上形成物體92的圖像。使電纜的電線14與CCD相連，以便在屏幕80上顯示相應(yīng)的電子圖像92’。
通過(guò)由光纖束輸送的光線提供物體的照明。光纖束20的端部位于成像透鏡90附近，以便發(fā)出的光線沿透鏡的光學(xué)軸線方向發(fā)光。在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，光纖端部可繞成像透鏡同軸分布。在工作時(shí)，攝像機(jī)遠(yuǎn)離儀表，并且與所要成像的物體相鄰。在醫(yī)療用途中，可以將攝像機(jī)設(shè)置在患者的體內(nèi)?？梢詫z像機(jī)與外科儀器(如內(nèi)窺鏡)安裝在一起。
雖然根據(jù)最佳實(shí)施例和可選擇的實(shí)施例作出了以上說(shuō)明，但是，本發(fā)明不應(yīng)局限于此。例如，可以用需要螺旋鎧裝層保護(hù)的傳感器或元件來(lái)代替光纖束。
權(quán)利要求
1.一種電纜組件，其包括一個(gè)中央光學(xué)傳導(dǎo)柔性線芯元件；多根環(huán)繞線芯元件的雙扭電線；以及所述雙扭電線彼此距離均等，以形成一根繞線芯的管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述雙扭電線彼此鄰接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中雙扭電線抵靠所述線芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，雙扭電線與由線芯限定的軸線的距離是均等的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述線芯包括一束光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其包括一個(gè)屏蔽層，該屏蔽層包圍雙扭電線且與其距離相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其包括一個(gè)在電纜的第一端與線芯結(jié)合的照明源，以及一個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器在電纜相反的第二端與雙扭電線相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其包括一顯示裝置，該顯示裝置在電纜的第二端與雙扭電線相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，每根電線均被封裝以形成一個(gè)圓柱形外表面。
10.一種電纜組件，其包括一個(gè)中央線芯元件，該元件包括一根傳遞光線的光學(xué)導(dǎo)管；多根環(huán)繞線芯元件的導(dǎo)電電線；所述電線與線芯的距離是均等的以形成一根繞線芯的管；以及所述電線彼此間的距離是均等的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中雙扭電線彼此鄰接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中雙扭電線抵靠所述線芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中，所述電線彼此靠接。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中，所述線芯包括一束光導(dǎo)纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其包括一個(gè)屏蔽層，該屏蔽層包圍所述電線且與其距離是均等的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其包括一個(gè)在電纜的第一端與線芯結(jié)合的照明源，以及一個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器在電纜相反的第二端與所述電線相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組件，其包括一顯示裝置，該顯示裝置與所述電線相連并且是可操作的，以便顯示由所述轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中，每一所述電線均為雙扭電線。
19.一種光學(xué)成像系統(tǒng)，其包括一根具有第一端和第二端的柔性電纜；所述電纜具有一個(gè)中央線芯元件，該元件包括一根柔性光學(xué)導(dǎo)管；所述電纜包括多根電線，這些電線環(huán)繞線芯元件以形成一根與由線芯的中央限定的軸線同心的管；所述電纜包括一個(gè)屏蔽層，該屏蔽層包圍所述電線并且與其距離是均等的；一個(gè)電子儀表，該電子儀表與電纜的第一端相連并且具有一個(gè)與光學(xué)導(dǎo)管相連的照明裝置以及一個(gè)與所述電線相連的顯示裝置；以及一個(gè)圖像轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器與電纜的第二端相連并且與所述電線相連。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述電線為彼此距離相等的雙扭電線，并且與由線芯限定的軸線距離相等。
全文摘要
一種光學(xué)成像系統(tǒng)，其具有一根具有第一端和第二端的柔性電纜。所述電纜具有一個(gè)中央線芯元件，該元件包括一根柔性光學(xué)導(dǎo)管，且具有多根電線，這些電線環(huán)繞線芯元件以形成一根與由線芯的中央限定的軸線同心的管。電纜具有一個(gè)屏蔽層，該屏蔽層包圍所述電線并且與其距離是均等的。一電子元件與電纜的第一端相連并且具有一個(gè)與光學(xué)導(dǎo)管相連的照明裝置以及一個(gè)與所述電線相連的顯示裝置。一個(gè)圖像轉(zhuǎn)換器與電纜的第二端相連并且與所述電線相連。電線可以采用彼此距離相等的雙扭電線，并且與由線芯限定的軸線距離相等。
文檔編號(hào)A61B1/313GK1547447SQ02816775
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者埃里克·艾克爾伯格, 埃里克 艾克爾伯格, V 小佩奇, 西倫·V·小佩奇, 坎拉梅尼·里爾, 尼 里爾, 克里斯廷·芒戈, 廷 芒戈 申請(qǐng)人:勒德洛公司