KR20040048885A - 원격 이미지 시스템을 위한 광 전송 코어를 둘러싸는 신호전도체를 구비한 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 단부 및 제2 단부를 가진 가요성 케이블을 구비한 광 이미지 시스템이다. 케이블은 코어의 중심에 의해 한정된 축과 동심인 튜브를 형성하도록 다수의 케이블이 코어 요소를 둘러싸고 가요성 광도관을 포함하는 중심 코어 요소를 구비한다. 케이블은 와이어로부터 균일하게 이격되고 와이어를 둘러싸는 도전성 차폐층을 구비한다. 전자 장치는 케이블의 제1 단부에 연결되고 와이어에 연결된 디스플레이 장치 및 광도관과 결합된 조명기를 구비한다. 이미지 변환기는 케이블의 제2 단부에 연결되고 와이어에 연결된다. 와이어는 서로에게서 균일하게 이격되고 코어에 의해 한정된 축으로부터 균일하게 이격된 비틀린 쌍일 수 있다.

Description

원격 이미지 시스템을 위한 광 전송 코어를 둘러싸는 신호 전도체를 구비한 케이블 {CABLE HAVING SIGNAL CONDUCTORS SURROUNDING OPTICALLY TRANSMISSIVE CORE FOR REMOTE IMAGING SYSTEM}

원격 이미지 시스템은 인간의 관찰 또는 종래 광학 이미지 도구로 보통 접근할 수 없는 물체를 보는데 사용된다. 단지 제한된 크기의 이미지 변환기가 보기용으로 위치되고, 신호는 보기용으로 먼 위치로 전송된다. 예를 들어, 외과의사는 진단 또는 수술을 위해 내부 인체를 보기 위해 광학 이미지 프로브를 사용한다. 이러한 시스템은 전하 결합 장치(CCD)에 의해 기록되는 이미지 신호를 외부 디스플레이 스크린에 전송하기 위해 소형의 다중 와이어 케이블 조립체를 필요로 한다.

외과용 및 다른 적용예를 위해, 케이블의 크기를 최소화하는 것이 바람직하다. 제한된 직경은 원하는 가요성을 용이하게 한다. 그러나, 상세한 실시간 이미지는 상당한 대역폭이 필요하여 주어진 주파수 용량의 많은 분리된 전도체를 필요로 한다. 상당히 많은 전도체가 요구되는 경우 바람직하지 않은 부피의 케이블을 방지하기 위해, 매우 미세한 전도체가 사용된다. 신호 고주파수에서 간섭 및 전기노이즈를 제한하기 위해, 전도체가 일반적으로 차폐된다. 전형적인 접근법은 하나의 케이블에 다발로 묶인 미세한 동축 와이어를 채용하는 것이다. 각각의 와이어는 고주파수에서의 간섭에 대해 적절하게 보호하는 그 자신의 차폐부를 포함한다.

적절하지만, 다중 동축 조립체는 몇몇 단점을 갖고 있다. 미세한 동축 와이어의 제조 비용은 많은 적용예의 경우 허용할 수 있는 것보다 더 많이 든다. 매우 미세한 동축 와이어를 종료시키는 방법은 복잡하고 비싸다. 또한, 동축 와이어는 코어 전도체와 차폐부 사이에 주어진 이격공간에 대한 필요 때문에 원하지 않는 부피를 발생시킨다.

저전압 차등 신호(LVDS) 통신의 경우, 비틀린 쌍의 와이어링은 효과적으로 사용되어 왔다. 그러나, 임의 적용예에 요구되는 고주파수 및 미세 치수 와이어의 경우, 비틀린 쌍의 와이어는 상당한 제한이 있다. 하나의 문제점은 비틀린 쌍이 적절한 도전성 차폐층에 의해 둘러싸이고 함께 다발로 묶일 경우 그들이 차폐부에 대해 상이한 전기 특성을 갖는 것이다. 몇몇 쌍은 불가피하게 다른 것들보다 차폐부에 더 근접해져서, 상이한 쌍을 통해 신호가 상이한 시간에 도달할 때 신호의 휨(signal skew) 또는 공통 모드 임피던스 차이를 가져온다. 이러한 휨은 다중 라인을 요구하는 가요성 케이블, 슬림에 요구되는 매우 작은 전도체를 갖는 특정 사항, 및 사용가능한 신호 속도를 제한한다.

존재하는 시스템의 다른 단점은, 그들은 광원이 부족하여 광섬유 다발을 통해 빛을 이송하도록 외과의사의 손에 제2 케이블을 필요로 한다. 개별 케이블의 공동 작용은 수술을 어렵게 하고, 환자에게 더 많은 수술 개구를 요구한다. 더욱이, 그 두 개의 케이블을 단일화시키는 노력은 그 전체 크기때문에 원하는 가요성이 결핍된 훨씬 강성의 케이블을 형성한다.

본 발명은 다중 와이어 케이블, 특히 원격 이미지 시스템을 위한 케이블에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블 조립체의 절단된 사시도이다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블 조립체 부품의 절단된 사시도이다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블 조립체의 단면 단부도이다.

도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블 조립체를 채용한 이미지 시스템의 절단된 사시도이다.

본 발명은 제1 단부 및 제2 단부를 가진 가요성 케이블을 구비한 광 이미지 시스템을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다. 케이블은 코어의 중심에 의해 한정된 축과 동심인 튜브를 형성하도록 다수의 케이블이 코어 요소를 둘러싸고 가요성 광도관을 포함하는 중심 코어 요소를 구비한다. 케이블은 와이어로부터 균일하게 이격되고 와이어를 둘러싸는 도전성 차폐층을 구비한다. 전자 장치는 케이블의 제1 단부에 연결되고 와이어에 연결된 디스플레이 장치 및 광도관과 결합된 조명기를 구비한다. 이미지 변환기는 케이블의 제2 단부에 연결되고 와이어에 연결된다. 와이어는 서로에게서 균일하게 이격되고 코어에 의해 한정된 축으로부터 균일하게 이격된 비틀린 쌍일 수 있다.

도1은 고주파수 신호 또는 고속 데이터 전송을 위한 가요성 케이블 조립체(10)를 도시한다. 케이블은 코어(12), 코어 주위에서 나선형으로 감싸진 한 세트의 비틀린 쌍의 와이어(14) 및 외부 외장부(16)를 포함한다.

코어는 한 다발의 광전송 광섬유(20)에 의해 제공되는 가요성 광도관을 구비한다. 섬유는 0.160의 내경 및 0.200의 외경을 구비한 나선형 금속 방호층(metal armor layor, 22)에 의해 감싸진다. 방호층은 케이블의 축으로부터 그 쌍들의 균일한 이격공간을 유지시키기 위해 나중 압력에서 단면이 상당히 벗어나지 않는 원통형상을 제공하도록 작용한다. 방호부는 얇은 테이프(23)의 나선형으로 감싸진 단일 밴드에 의해 절연된다. 테이프는 0.051mm(0.002인치)의 두께, 3.175mm(0.125인치)의 폭 및 45% 오버랩되어 감싸진 저마찰 플로오르폴리머 필름이다. 바람직한 실시예에서, 도관은 각각이 .66 개구수와 70미크론 직경을 갖고, 3.5mm의 전체 직경에 대해 80%의 섬유 충진 밀도를 구비한 2050섬유에 의해 제공된다.

비틀린 쌍의 와이어(14) 각각은 후술되듯이 등각 쌍 외장으로 싸여지고 서로 절연된 두 개의 나선형으로 비틀린 와이어를 포함한다. 아홉개의 비틀린 쌍이 제공되지만, 이러한 수는 특정 적용물의 필요에 따라 제한되지 않고 변할 수 있다. 각각의 비틀린 쌍 외장은 각각의 인접 쌍 외장을 접하고 그 전체 길이에 걸쳐 코어의 표면과 각각 접하도록 하는 0.762mm(0.030)인치의 직경을 갖는다. 이는 각각의 쌍이 코어 전도체 및 인접한 쌍들로부터 동일하게 제어된 거리에 유지되는 것을 보증한다.

바람직한 실시예에서, 그 쌍들은 코어 주위에서 나선형으로 감싼다. 감싼 각도는 각각의 쌍이 50.80mm(2.0인치)의 케이블 길이에 대해 코어 주위에서 하나의 완전한 감쌈(wraps)이 되도록 한다. 그 감싼 각도는 쌍 외장 직경 및 코어 외장 직경의 변화를 수용하도록 매우 미세한게 변할 수 있다. 만약 그 쌍들이 코어 및 서로 접하도록 크기가 정해지면, 공칭(nominal) 이하의 코어 직경 또는 공칭 이상의 쌍 직경의 미세한 변화는 적어도 하나의 쌍이 코어와의 접합부로부터 벗어나게 가해진다. 그러나, 그 쌍의 의도된 미세한 소형크기(및/또는 코어의 대형크기)는 이러한 문제를 방지한다. 이러한 경우, 쌍들이 코어에 평행할 때 발생되는 쌍들 사이의 예상되는 간극은 그들을 나선형으로 감쌈으로써 방지된다. 감싼 각도의 정도는 더 작은 쌍 직경에 대해 감싼 각도를 증가시켜서(및 쌍의 하나의 완전한 나선형 회전에 대한 길이를 감소시켜서) 쌍 및 코어의 형상(geometry)에 의해 효과적으로 결정된다.

비틀린 쌍은 케이블의 수명 내내 및 중간 제조 단계 동안 코어에 대해 쌍을 유지시키는 단일 밴드의 얇은 테이프(26)에 의해 나선형으로 감싸진다. 테이프는 케이블이 사용중 휘어지는 경우 간극을 방지하기 위해 및 코어에 대해 쌍을 편의시키기 위해 미세하게 응력이 가해진다. 테이프는 0.102mm(0.004인치)의 두께를 가진 저마찰 플루오르폴리머 필름이다. 12.70mm(0.5인치)의 테이프 폭, 7.366mm(0.290인치)의 코어 다발 및 쌍의 외경을 구비하여, 테이프는 랩(wraps) 사이에서 30% 오버랩되어 그 인치에 대략 3회 회전시켜 감싼다.

도전성 차폐부(32)는 다발 주위에서 밀접하게 감싼다. 차폐부는 적어도 90%의 특정화된 적용범위에서 38AWG 구리 와이어의 짜여진 랩(wrap)이다. 스페이서 외장의 제어된 치수로, 차폐부는 각각의 와이어 쌍으로부터 동일하게 이격된다.

외부 외장(34)은 0.762mm(0.030인치)의 벽 두께를 가진 차폐부를 밀접하게 둘러싸고 손상에 대해 보호부를 제공한다. 외부 외장은 가요성 폴리우레탄으로 형성되고 바람직하게는 차폐부 주위에서 동일하게 돌출된다. 마감된 케이블은 9.906mm(0.390인치)의 외경을 갖는다.

도2는 단일 비틀린 쌍(14)을 상세히 도시한다. 그 쌍의 각각의 와이어는 0.076mm(0.003인치) 벽 두께 플루오르폴리머 재료의 절연 외장(42)에 의해 둘러싸인 32AWG 구리의 전도체(40)를 구비한다. 각각의 외장이 씌워진 와이어는 0.381mm(0.015인치)의 외경을 갖는다. 와이어는 인치당 3번 완전 회전의 비틀림 비율로 나선형으로 감긴다. 몇몇 적용예에서, 비틀림 비율은 인접한 상들 사이의 원하지 않은 간섭을 방지하기 위해 상이한 비율로 설계될 수 있다. 예를 들어, 비틀림 비율은 인접 쌍들이 상호 작용하지 않도록 두 개의 상이한 수치 사이에서 교체될 수 있다. 와이어는 축 상에 그 전체 길이를 따라 서로 접촉된다. 양호한 실시예에서, 와이어는 폴리머 재료의 커버(44)로 싸인다. 커버는 1.143mm(0.045인치)의 외경 또는 쌍 직경의 1 내지 1/2 배로 와이어 주위에서 동일하게 돌출된다.

양호한 실시예에서 설명되고 도시된 바와 같이, 케이블은 쌍 당 100 내지 655Mbits/sec의 데이터 속도를 가능하게 하는 것이 알려져 있다. 이는 45.72cm 내지 304.80cm(18 내지 120인치)의 길이를 가진 케이블의 경우이다. (전자 장치 또는 컴퓨터 장치에 연결된 변환기 또는 입력 장치용과 같이) 연결된 푸품이 안전하게 이동해야 하는 경우 채용된 매우 미세한 와이어가 적용예에 대한 가요성을 보증하는 것이 요구되지만, 다른 목적용으로 필요한 더 긴 케이블 길이는 더 긴 전도체를 필요로 한다고 여겨진다. 이것이 양호한 실시예로 설명되고 개시된 개념을 채용할 수 있지만, 반복적으로 가요성이 요구되는 경우 덜 적당하다.

케이블(10)은 도4에 도시된 바와 같이 이미지 시스템(50)에 채용된다. 상기 시스템은 기구(52), 케이블(10) 및 카메라(54)를 포함한다. 케이블(10)은 상기 기구에 연결된 제1 단부(56)와 카메라에 연결된 제2 단부(60)를 갖는다.

상기 기구는 커넥터(64)를 갖는 하우징(62)을 구비한다. 광섬유 도관(66)은 커넥터(64)로부터 광 벌브(70)와 같은 조명원까지 광원을 도관에 결합시키는 집중 렌즈(72)를 통해 하우징에서 연장된다. 전기 와이어(74) 세트는 하우징에서 커넥터로부터 전자 회로 요소(76)까지 연장된다. 전자식 디스플레이 스크린(80)은 회로에 전자적으로 연결된다. 상기 회로는 상기 케이블을 통해 전자식으로 인코딩된 이동 이미지 정보를 수용하여 이를 스크린 상에 디스플레이하도록 디코딩하는 기능을 한다.

기구 커넥터는 하우징 내의 광도관(66)을 케이블의 광 섬유 다발체(20)에 결합시키기에 적절한 인터페이스를 포함한다. 마찬가지로, 커넥터는 와이어(74)를 케이블의 와이어에 연결시키기 위한 구성 요소를 포함한다. 다른 실시예에서, 케이블은 하우징에 영구적으로 부착될 수 있어 커넥터를 필요로 하지 않으며, 광 섬유는 광원까지 충분히 연장되며 케이블 와이어는 회로에 직접 연결된다.

카메라(54)는 전하 결합 장치(CCD, 86)가 포함된 챔버(84)를 형성하는 하우징(82)을 갖는다. 다른 실시예에서, 변환기 표면에 형성된 이미지의 재생을 위해 디코드될 수 있는 전자 신호를 생성하기에 적절한 임의의 전자 이미지 변환기가 채용될 수 있다. 하우징의 렌즈(90)는 CCD의 이미지면과 함께 축 상에 위치된다. 케이블의 와이어(14)는 CCD에 연결되어 대응 전자 이미지(92')이 스크린(80) 상에 디스플레이된다.

물체는 광섬유 다발체에 의해 전송된 광에 의해 조명된다. 상기 섬유 다발체(20)의 단부는 이미지 렌즈(90)에 인접하게 위치되어 방사광은 렌즈의 광축 방향으로 비추이게 된다. 다른 실시예에서, 상기 섬유 단부는 이미지 렌즈 주위에서 동축으로 분산될 수 있다. 작동 중에, 카메라는 상기 기구로부터 멀리 그리고 이미지 형성된 물체에 인접하게 위치된다. 의학적인 적용예에서, 카메라는 환자의 내부에 위치될 수 있다. 카메라는 내시경과 같은 외과용 기구와 함께 장착될 수 있다.

상기에서는 양호한 및 다른 실시예의 관점에서 논의하였지만, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 이를 테면, 나선형 방호부의 보호가 요구되는 센서 또는 요소가 본 광섬유 다발로 대체될 수 있다.

Claims (20)

1. 중심 광전송 가요성 코어 요소와,

   상기 코어 요소를 둘러싸는 복수의 비틀린 쌍의 와이어를 포함하며,

   상기 비틀린 쌍은 코어 주위에서 튜브를 형성하도록 서로에 대해 균일하게 이격된 케이블 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 비틀린 쌍들은 서로 인접한 케이블 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 비틀린 쌍은 코어에 인접한 케이블 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 비틀린 쌍들은 코어에 의해 형성된 축으로부터 균일하게 이격된 케이블 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 코어는 광섬유의 다발체를 포함하는 케이블 조립체.
6. 제1항에 있어서, 상기 비틀린 쌍을 둘러싸며 이로부터 균일하게 이격된 도전성 차폐층을 포함하는 케이블 조립체.
7. 제1항에 있어서, 상기 케이블의 제1 단부에서 코어에 결합된 조명원과, 케이블의 대향 제2 단부에서 비틀린 쌍에 연결된 광변환기를 포함하는 케이블 조립체.
8. 제7항에 있어서, 상기 케이블의 제2 단부에서 비틀린 쌍에 연결된 디스플레이 장치를 포함하는 케이블 조립체.
9. 제1항에 있어서, 각각의 와이어는 원통형 외부면을 형성하도록 캡슐로 싸여진 케이블 조립체.
10. 광전송 광도관을 구비한 중심 코어 요소와,

    상기 코어 요소를 둘러싸는 복수의 도전성 와이어를 포함하며,

    상기 와이어는 상기 코어 주위에 튜브를 형성하도록 코어로부터 균일하게 이격되고, 서로에 대해 균일하게 이격된 케이블 조립체.
11. 제10항에 있어서, 상기 비틀린 쌍은 서로 인접한 케이블 조립체.
12. 제10항에 있어서, 상기 비틀린 쌍은 코어에 인접한 케이블 조립체.
13. 제10항에 있어서, 상기 와이어는 서로 인접한 케이블 조립체.
14. 제10항에 있어서, 상기 코어는 광섬유 다발체를 포함하는 케이블 조립체.
15. 제10항에 있어서, 상기 와이어를 둘러싸고 이로부터 균일하게 이격된 도전성 차폐층을 포함하는 케이블 조립체.
16. 제10항에 있어서, 상기 케이블의 제1 단부에서 코어에 결합된 조명원과, 상기 케이블의 대향 제2 단부에서 와이어에 연결된 광변환기를 포함하는 케이블 조립체.
17. 제18항에 있어서, 상기 와이어에 연결되고 상기 변환기에 의해 생성된 이미지를 디스플레이할 수 있는 디스플레이를 포함하는 케이블 조립체.
18. 제10항에 있어서, 상기 와이어는 각각의 비틀린 쌍의 와이어인 케이블 조립체.
19. 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 가요성 광도관을 갖는 중심 코어 요소를 구비하고, 상기 코어의 중심에 의해 형성된 축과 동축으로 튜브를 형성하도록 코어 요소를 둘러싸는 복수의 와이어를 구비하고, 상기 와이어를 둘러싸고 이로부터 균일하게 이격된 도전성 차폐층을 구비하는 케이블과,

    상기 케이블의 제1 단부에 연결되고, 광도관과 결합된 조명기와 상기 와이어에 연결된 디스플레이 장치를 갖는 전자 기구와,

    상기 케이블의 제2 단부에 연결되고 상기 와이어에 연결된 이미지 변환기를 포함하는 광학 이미지 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 와이어는 서로로부터 균일하게 이격된 비틀린 쌍이고 상기 코어에 의해 형성된 축으로부터 균일하게 이격된 광학 이미지 시스템.