DE4129961C2 - Videoendoskop mit Festkörperbildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Videoendoskop mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Videoendoskope sind geeignet, um Körperhöhlen zu be­ trachten und dort gleichzeitig eventuell Eingriffe durchzuführen. Ein Videoendoskop dieser Art ist beispielhaft aus US-PS 4,918,521 bekannt. Diese Druckschrift zeigt ein Instrument, bei dem der Halb­ leiterbildaufnehmer ein Festkörper-Bildaufnahmeelement umfaßt, dem ein optisches Linsensystem vorgeschaltet ist und das im wesentlichen rechtwinklig zu einem Schaltkreissubstrat angeordnet ist, so daß eine räumliche Anordnung von Festkörperaufnahmeelement, Substrat und elektronischen Bauelementen ermöglicht wird. Dabei werden diese Teile durch Vergießen zu einer Endoskopspitze geformt, die in ein Endoskop oder auch in ein Kameragehäuse einbaubar ist.

Auch aus der US-PS 4,809 680 ist ein Videoendoskop entnehmbar, welches die vorgenannten Bauelemente in der Endoskopspitze ver­ einigt, wobei diese jedoch als vorgefertigter Einsatz ausgebildet ist, in den das optische System mit den an diesem angeordneten elek­ tronischen Bauelementen einsetzbar ist und welcher am Ende eines flexiblen Endoskopschaftes anbringbar ist.

Hingewiesen sei auch auf die US-PS 4,745 470, US-PS 4,832 003 und die US-PS 4,757 805, aus denen ebenfalls Endoskopspitzen ähnlicher Ausführung entnehmbar sind.

Die in den zitierten Schriften offenbarten Konstruktionen weisen alle eine oder mehrere Platinen für den CCD-Chip und die übrige Elek­ tronik auf, sowie eine damit verbundene Halterung für die Optik. Diese Elemente sind dann zu einem Endoskopkopf vergossen. Erst nach Abschluß dieses Gießverfahrens erhält dieser damit seine volle Stabilität. Solche Videoendoskope können zwar vergleichsweise schlank ausgebildet sein, sind jedoch fertigungstechnisch recht auf­ wendig herzustellen. Insbesondere erweist es sich als problematisch, die zahlreichen in der Endoskopspitze angeordneten Bauteile in der vorgeschriebenen exakten Geometrie einander zuzuordnen. Bevor diese Bauteile mit der eigentlich tragenden Vergußmasse umhüllt sind, sind sie recht instabil und anfällig insbesondere gegen mechani­ sche Belastung.

Ausgehend von dem eingangs zitierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Videoendoskop so auszubilden, daß es einfach im Aufbau und kostengünstig zu fertigen ist. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht also vor, daß der keramische Träger einen im wesentlichen quaderförmigen Tragteil aufweist, dessen Breitenmaß kleiner ist als das lichte Innenmaß des Endoskopschaftes und daß sich stirnseitig an das Tragteil ein scheibenförmiger Zentrierteil an­ schließt, der sich quer zu der Längsausdehnung des Tragteils erstreckt und dessen Außenkontur der Innenkontur des Endoskopschaftes so ange­ paßt ist, daß der Träger im Endoskopschaft festgelegt ist. Ein der­ artig gestalteter keramischer Träger bietet bei sehr geringem Platzbe­ darf relativ große Flächen für die Anordnung der Bauteile und er­ möglicht zudem einen sehr einfachen Aufbau, da die Bauteile zuein­ ander zuverlässig auf dem Träger festgelegt werden können, der dann unmittelbar innerhalb des Endoskopschaftes abgestützt wird, da seine Außenkontur an die Innenkontur des Endoskopschaftes in diesem Bereich angepaßt ist. Durch die unmittelbare Abstützung des Trägers im Endoskopschaft wird einerseits eine hohe Stabilität in der Endo­ skopspitze erreicht und andererseits der Aufbau wesentlich erleich­ tert. So können die darauf angeordneten Bauteile (Objektiv, Halbleiterbildaufnehmer, elektronische Bauelemente sowie gegebenenfalls Leitungsverbindungen) in ihrer bestimmungsgemäßen Position am Träger unmittelbar befestigt werden. Es wird also ein tragender Zusammenhalt dieser Bauteile von Anfang an sichergestellt, zugleich aber der Aufbau durch gute allseitige Zugänglichkeit vereinfacht. Erst wenn alle Bauteile in ihrer bestimmungsgemäßen Lage am Trä­ ger fixiert sind, wird dieser in den Endoskopschaft eingesetzt. Dieser innerhalb des Endoskopschaftes sitzende Träger einerseits und der diesen Träger umgebende Schaft andererseits gewährleisten eine hohe Stabilität der Endoskopspitze. Zudem ergibt sich ein günstiger Auf­ bau und eine einfache Montage, da alle Bauteile bis zur endgültigen Montage frei zugänglich und somit ausrichtbar sind. Ein gegebenen­ falls erfolgendes Ausgießen der verbleibenden Freiräume erfolgt lediglich zur Fixierung, spielt jedoch für die Positioniergenauigkeit der Bauteile und die Stabilität der Endoskopspitze eine eher unterge­ ordnete Rolle.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung liegen darin, daß neben der Nutzung der an sich bekannten Vorteile der Keramikwerk­ stoffe - es sei beispielsweise auf das günstige Temperaturverhalten hingewiesen - das direkte Aufbringen der elektronischen Bauelemen­ te, in erster Linie des CCD-Chips, eine Einsparung der meist kerami­ schen Substratplättchen für die einzelnen Bauelemente möglich macht. Weiter kann auf die sonst üblichen Sockel verzichtet werden, und man gewinnt aufgrund des Fehlens der relativ viel Raum beanspru­ chenden Anschlußfähnchen der elektronischen Bauelemente zusätzli­ chen Raum, so daß der Durchmesser des Videoskops verringert werden kann bzw. mehr Raum für die Unterbringung der übrigen Bauteile, Optik, Lichtleiter, Instrumenten-, Saug- und Spülkanäle, Elektronik und elektrische Verbindungen zur Verfügung steht.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Zentrierteil mit Durchboh­ rungen versehen ist, z. B. zur Aufnahme von Lichtleitern, zum Hin­ durchführen eines Hilfsinstrumentes, zur Führung von Spülflüssigkeit und zum Anbringen elektrischer Anschlüsse, da so eine komplette und exakte Vormontage des Videoendoskopkopfes ohne weitere Aus­ richt- und Haltehilfen ermöglicht wird. Um dabei die flexiblen Licht­ leiter in bezug auf die Optik genau auszurichten, kann vorgesehen sein, daß das Objekt auf einem Keramiksockel montiert ist, der auf dem Tragteil befestigt ist und für die Aufnahme von Licht­ leitern vorgesehene Durchbohrungen aufweist, die mit denjenigen in dem Zentrierteil fluchtend angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Videoendoskop ist nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vi­ deoendoskopkopf,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 2a einen Schnitt entlang der Schnittlinie IIa-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform als in Darstellung gemäß Fig. 3 mit einer Steckerleiste für den An­ schluß der Signalleitungen und Elektronik,

Fig. 5 eine modifizierte Ausführung des Videoendoskopkopfes im Längsschnitt,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Darstellung nach Fig. 5 entlang der Schnittlinie VI-VI,

Fig. 7 eine weitere Variante eines Videoendoskopkopfes im Längsschnitt und

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7.

Die folgende Beschreibung bezieht sich zunächst auf die Ausführung gemäß den Fig. 1, 2, 2a und 3, die den distalen Endoskopkopf eines Videoendoskops zeigen. Wie ersichtlich umfaßt dieser Kopf einen Träger 1, der aus einem keramischen Werkstoff gefertigt ist. Dieser keramische Träger 1 weist die Form eines T auf. Ein sich in Richtung der Endoskopachse erstreckender Teil ist als Tragteil 1a ausgebildet und hat die Form eines Quaders. Hieran schließt im rechten Winkel ein Zentrierteil 1b an, der der Innenkontur des zylinderförmigen Endoskopschaftes 2 angepaßt ist. Der Zentrierteil 1b ist, wie in Fig. 2a erkennbar, mit Durchbohrungen 3 und 4 sowie einer Ausnehmung 5 versehen. Durch die Bohrung 4 wird ein Hilfsinstrumentenkanal 6 hindurchgeführt. Die Bohrungen 3 dienen zur Durchführung der Lichtleiter durch den Zentrierteil 1b. Die Ausnehmung 5 wird für die Anbringung elektrischer Anschlüsse benötigt.

Wie weiter aus den Fig. 1 und 2 erkennbar ist, sind auf der Oberseite des Tragteils 1a ein vorzugsweise aus dem gleichen kerami­ schen Werkstoff wie der Träger 1 gefertigter Sockel 7 und ein Fest­ körperbildaufnahmeelement (CCD) 8 angeordnet. Der Sockel 7 dient als Tragteil für einen Teil der optischen Elemente, die von einem Metallzylinder 10 eingefaßt sind und das Endoskopobjektiv 9 bilden. Die Befestigung des Metallzylinders 10 erfolgt in einer Ausnehmung 11 des Sockels 7. Der Sockel 7 weist auch Durchbohrungen 3a auf, welche mit den Bohrungen 3 des Zentrierteils 1b fluchten und zur Durchführung der Lichtleiter dienen. Über dem Festkörperbildauf­ nahmeelement 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Prisma 12 angeordnet, das dazu dient, das durch das Objektiv 9 aufgenommene Bild auf das in diesem Beispiel mit seiner Aufnahmefläche 8a in einer zur Endoskoplängsachse parallelen Ebene angeordnete Festkör­ perbildaufnahmeelement 8 umzulenken. Im Bereich des Objektivs 9 ist das Endoskopende schließlich in üblicher Weise mit einem licht­ durchlässigen Abdeckplättchen 13 abgeschlossen.

Der Beschaltung des Festkörperbildaufnahmeelementes 8 dienen elektronische Bauelemente 15, die sämtlich wie das Festkörperbild­ aufnahmeelement 8 selbst direkt auf die Keramik des Tragteils 1a aufgebracht sind. Die elektrische Verbindung der aufgebrachten elektronischen Bauelemente 8 bzw. 15 untereinander erfolgt in be­ kannter Weise z. B. durch Bonden oder durch aufgedampfte Leiterbah­ nen oder ähnliche Maßnahmen. Die Verbindung zwischen der auf dem Tragteil 1a befindlichen Elektronik mit den proximalwärts füh­ renden Signalleitungen 14 wird gemäß Fig. 3 mittels einer Lötleiste 16 hergestellt, während diese Aufgabe bei der Ausführung nach Fig. 4 durch eine Steckerleiste 17 übernommen wird.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform des distalen Endoskopkopfes findet ein ebenfalls im wesentlichen T- förmiger Träger 1 Verwendung, auf dem das Endoskopobjektiv 9 sowie die elektronischen Bauelemente 15 für die Beschaltung des Festkörperbildaufnahmeelementes 8 angeordnet sind. Diese Bauteile sind in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben aufgebracht. Der Unterschied zu dem Beispiel nach den Fig. 1 bis 4 besteht jedoch darin, daß das Festkörperbildaufnahmeelement 8 mit seiner Bildaufnahmefläche 8a in Richtung Objektiv weisend senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 9 angeordnet ist. Daher ist hier auch der keramische Träger 1 dahingehend modifiziert, daß die Ausneh­ mung für die Kontaktierung zwischen Elektronik und Signalleitungen 14 nicht wie nach Fig. 2a, sondern als seitliche Ausnehmung 5a, wie in Fig. 6 zu sehen, angeordnet ist. Die Durchbohrungen 3 für die Lichtleiter werden selbstverständlich auch modifiziert angebracht, was jedoch nicht dargestellt ist. Wie bei dem vorausgehenden Aus­ führungsbeispiel werden auch in dem Beispiel nach den Fig. 5 und 6 die elektronischen Bauelemente direkt in der schon geschilder­ ten Art und Weise auf den keramischen Träger 1 aufgebracht und, wie oben ebenfalls beschrieben, untereinander elektrisch verbunden. Die Verbindung zwischen Elektronik und Signalleitungen erfolgt in der seitlichen Ausnehmung 5a und zwar wieder entweder über eine Löt- oder eine Steckerleiste.

Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform des distalen Endoskopkopfes findet wieder ein keramischer Träger 1 von im wesentlichen T-förmiger Gestalt Verwendung, wobei jedoch der senkrecht zur Endoskopachse ausgerichtete Zentrierteil 1b den dista­ len Abschluß des Endoskops bildet und der quaderförmige Tragteil 1a in Richtung der Endoskopachse proximalwärts zeigt. Die Anordnung des Endoskopobjektivs 9 und der elektronischen Bauelemente 8 bzw. 15 erfolgt hier in der für die Ausführung nach den Fig. 1 bis 4 vorbeschriebenen Weise. Wie aus Fig. 8 hervorgeht sind zusätzlich zu den bereits erwähnten Kanälen zwei Spülkanäle 18 angeordnet, mit deren Hilfe das lichtdurchlässige Abdeckplättchen 13 vor dem distalen Ende des Objektivs 9 von Verunreinigungen freispülbar ist, so daß stets ein optimales Bild erzielt werden kann.

Zweckmäßigerweise erfolgt eine Festlegung aller Bauteile, mindestens aber der elektronischen Bauelemente durch Vergießen mittels eines lichtdurchlässigen Kunststoffs 19, wie das für alle Ausführungsbei­ spiele geltend in Fig. 7 angedeutet ist.

Claims (3)

1. Videoendoskop, in dessen distalem Endbereich ein Objektiv (9), ein mit diesem zusammenwirkender Halbleiterbildaufnehmer (8 bzw. 8a) und weitere elektronische Bauelemente (15) gemeinsam auf einem einstückigen keramischen Träger (1) angeordnet sind, auf dem die Leiter zur Verbindung und/oder zum Anschluß der elektronischen Bauelemente (15) und des Halbleiterbildaufnehmers (8 bzw. 8a) unmittelbar aufgebracht sind und der innerhalb des Endoskopschaftes (2) sitzt und von diesem abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger (1) einen im wesentlichen quaderförmigen Tragteil (1a) aufweist, dessen Breitenmaß kleiner ist als das lichte Innenmaß des Endoskopschaftes (2) und daß sich stirnseitig an das Tragteil (1a) ein scheibenförmiger Zentrierteil (1b) anschließt, der sich quer zu der Längsausdehnung des Tragteils (1a) erstreckt und dessen Außenkontur der Innenkontur des Endoskopschaftes (2) ange­ paßt ist, derart, daß der Träger (1) im Endoskopschaft (2) festgelegt ist.

2. Videoendoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierteil (1b) mit Durchbohrungen zur Aufnahme von Licht­ leitern und/oder zum Hindurchführen eines Hilfsinstrumentes und/ oder zur Führung von Spülflüssigkeit und/oder zum Anbringen elek­ trischer Anschlüsse versehen ist.

3. Videoendoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (9) auf einem Keramiksockel (7) montiert ist, der auf dem Tragteil (1a) befestigt ist und für die Aufnahme von Lichtleitern vorgesehene Durchbohrungen (3a) aufweist, die mit denjenigen in dem Zentrierteil (1b) fluchtend angeordnet sind.