DE102006030543A1

DE102006030543A1 - Bildaufnahmeeinheit für ein Endoskop

Info

Publication number: DE102006030543A1
Application number: DE102006030543A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ogino; Kazuyuki Yamamoto; Akihiro Ito; Seiichiro Okamura; Tomokazu Yamashita
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: US20070004965A1; US7940296B2; DE102006030543B4

Abstract

Beschrieben ist eine Bildaufnahmeeinheit (100, 200, 300) für ein elektronisches Endoskop, mit einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (1), das ausgebildet ist, ein Objektbild aufzunehmen; einem metallischen Gehäuse (8), das die Umfangsfläche eines isolierenden Trägers (3), der das Bildaufnahmeelement (1) hält, hermetisch umschließt und so angeordnet ist, dass es den vorderen Endabschnitt des isolierenden Trägers (3) bedeckt; mindestens einem Anschlusssteg (5), der in der Nähe des hinteren Endabschnitts des isolierenden Trägers (3) außerhalb des Gehäuses (8) mit mindestens einem Signalleiter (4) verbunden ist; und einer leitenden, zylindrischen Abschirmung (12), die die Stelle umgibt, an der der Anschlusssteg (5) und der Signalleiter (4) miteinander verbunden sind und die von dem Anschlusssteg (5) und dem Signalleiter (4) in radialer Richtung beabstandet ist. Der hintere Endabschnitt des isoslierenden Trägers (3) weist einen kleineren Außendurchmesser als der von dem Gehäuse (8) eingeschlossene Teil des isolierenden Trägers (3) auf, so dass die zylindrische Abschirmung (12) einen kleineren Außendurchmesser als das Gehäuse (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeeinheit, die geeignet ist, in ein Endstück eines elektronischen Endoskops eingebaut zu werden.

Im Allgemeinen enthält eine Bildaufnahmeeinheit eines elektronischen Endoskops ein Festkörper-Bildaufnahmeelement, einen elektrisch isolierten Träger zum Halten des Bildaufnahmeelementes und ein metallisches Gehäuse, das das Bildaufnahmeelement und den isolierten Träger luftdicht einschließt. Die Bildaufnahmeeinheit hat ferner mehrere Anschlussstege, die in der Nähe des hinteren Endes des isolierten Trägers außerhalb des Gehäuses angeordnet und dort mit Signalleitern verbunden sind. Beispiele für eine solche Bildaufnahmeeinheit sind in den Druckschriften JP 2003-100920 und JP 10-74865 beschrieben.

Da ein Einführteil eines Endoskopendstücks ausgebildet ist, in den lebenden Körper eingeführt zu werden, sollte die Bildaufnahmeeinheit des Endoskops auf eine minimale Größe verkleinert werden, auch wenn sich diese Verkleinerung im Zehntelmillimeterbereich abspielt.

Bei den in den oben bezeichneten Druckschriften offenbarten Bildaufnahmeeinheiten muss der hintere Endabschnitt der jeweiligen Bildaufnahmeeinheit mit einem leitenden Zylinder abgeschirmt werden, der so angeordnet ist, dass er in radialer Richtung von den Anschlussstegen und den Signalleitern beabstandet ist, um zu verhindern, dass von den Anschlusspunkten der Anschlussstege und der Signalleiter Rauschen in die Signale eingekoppelt wird.

Deshalb, ist wie in 10 gezeigt, der Durchmesser einer zylindrischen Abschirmung 92, die an den Umfang eines isolierten Trägers 91 anschließt, größer als der Durchmesser des Gehäuses 94, das unter anderem ein Festkörper-Bildaufnahmeelement 93 umgibt. Bei einer solchen Konstruktion ist die gesamte Bildaufnahmeeinheit entsprechend groß, so dass es schwierig ist, die Bildaufnahmeeinheit in einem Endoskop mit einem besonders kleinen Durchmesser unterzubringen. Da bei einer solchen Konstruktion die Bildaufnahmeeinheit in ihrer Gesamtheit vergleichsweise groß ist, wird es schwierig, diese in einem kleinen Endoskop kleinen Durchmessers unterzubringen. Andere Bestandteile der Bildaufnahmeeinheit, wie z.B. ein zur Beleuchtung bestimmter Lichtleiter und Rohrleitungen, müssen wiederum in ihren Durchmessern verkleinert werden. Die Funktionalität kann deshalb durch eine solche Konstruktion beeinträchtigt werden.

Im Hinblick auf die oben erläuterten Nachteile sieht die Erfindung vorteilhaft eine für ein elektronisches Endoskop bestimmte Bildaufnahmeeinheit vor, bei der eine zylindrische Abschirmung, die die Kontaktpunkte zwischen den Anschlussstegen und den Signalleitern umgibt, besonders klein ausgebildet ist und die sicherstellt, dass die gewünschte Funktionalität des Endoskops gewährleistet ist.

Die Erfindung erreicht dies durch die Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Draufsicht auf die Bildaufnahmeeinheit längs der in 1 gezeigten Linie II-II;
3 einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
5 eine Draufsicht auf die Bildaufnahmeeinheit nach drittem Ausführungsbeispiel längs der in 4 gezeigten Linie V-V;
6 eine perspektivische Ansicht eines für eine Abschirmung bestimmten Aufnahmeelementes der Bildaufnahmeeinheit nach drittem Ausführungsbeispiel;
7 eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Aufnahmeelementes der Bildaufnahmeeinheit nach drittem Ausführungsbeispiel;
8 einen Längsschnitt durch die Bildaufnahmeeinheit in einem Zustand, bevor die zylindrische Abschirmung in dem dritten Ausführungsbeispiel montiert ist;
9 einen Längsschnitt durch die Bildaufnahmeeinheit, bevor die zylindrische Abschirmung in dem dritten Ausführungsbeispiel montiert ist; und
10 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Bildaufnahmeeinheit.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Bildaufnahmeeinheit eines elektronischen Endoskops nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Bildaufnahmeeinheit 100 für ein elektronisches Endoskop nach einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt. Die Bildaufnahmeeinheit 100 ist an einem Endstück (Spitze) eines nicht gezeigten Einführteils des Endoskops angeordnet und enthält ein Festkörper-Bildaufnahmeelement 1, dessen Vorderfläche annähernd rechteckig ist. Ein Bildaufnahmebereich 2, der ebenfalls annähernd rechteckig und wesentlich kleiner als das Bildaufnahmeelement 1 selbst ist, befindet sich in einem zentralen Teil des Bildaufnahmeelementes 1.
Das Bildaufnahmeelement 1 ist an einem Isolierblock 3 gehalten, der aus einem isolierenden Material, z.B. Keramik, besteht. Der Isolierblock 3 hat an seiner Vorderseite eine Aussparung oder Vertiefung, in die das Bildaufnahmeelement 1 geklebt ist.
An der Außenfläche des hinteren Teils des Isolierblocks 3 sind mehrere Anschlussstege (Lötaugen) 5 angeordnet, die mit Signalleitern 4 verbunden sind. Die Signalleiter 4 befinden sich innerhalb des Einführteils des Endoskops. Die Anschlussstege 5 sind jeweils an das hintere Ende eines von mehreren Leitern 6 angeschlossen, die in dem Isolierblock 3 verlegt sind und parallel zur Längsrichtung des Einführteils verlaufen.
In der Bildaufnahmeeinheit 1000 sind ferner mehrere Anschluss- oder Bonddrähte 7 vorgesehen, die eine nicht gezeigte Schaltung des Bildaufnahmeelementes 1 mit den Leitern 6 verbinden. Die Bonddrähte 7 sind längs zweier gegenüberliegender Ränder des Bildaufnahmeelementes 1 angeordnet und nach außen geführt, so dass jeder der Bonddrähte 7 an das vordere Ende eines der Leiter 6 angeschlossen ist, die an zwei gegenüberliegenden Rändern des vorderen Endes des Isolierblocks 3 freiliegen. Jeder Bonddraht 7 erstreckt sich von der Vorderfläche des Bildaufnahmeelementes 1 nach vorn.
Die Bildaufnahmeeinheit 100 hat ferner ein Gehäuse 8, das das Bildaufnahmeelement 1 enthält. Das Gehäuse 8 besteht aus einem Metall und hat die Form eines Rechteckzylinders, der den vorderen Teil der Bildaufnahmeeinheit 100 umschließt, so dass während einer Dampfsterilisation unter hohem Druck und bei hoher Temperatur der Dampf und dergleichen nicht in die Bildaufnahmeeinheit 100 gelangt.
Die Bildaufnahmeeinheit 100 hat einen weitgehend rechteckigen hinteren Rahmen 9, der aus Metall besteht und am hinteren Teil des Gehäuses 8 an der Innenumfangsfläche angeordnet ist, so dass zwischen dem Gehäuse 8 und dem Isolierblock 3 ein freier Raum sichergestellt ist. Der hintere Rahmen 9 ist an einer Schweißfläche A, die eine Verbindung mit dem Gehäuse 8 bildet, luftdicht oder hermetisch abgedichtet. Ferner ist der hintere Rahmen 9 über eine Dichtfläche B, die eine Verbindung zu dem Isolierblock 3 bildet, luftdicht oder hermetisch abgedichtet, wobei hierbei ein Befestigungs- oder Fügeverfahren wie z.B. Schweißen mit einem anorganischen Haftmittel zur Anwendung kommt.
Die Bildaufnahmeeinheit 100 hat einen annähernd rechteckigen vorderen Rahmen 11, der aus einem Metall besteht und am vorderen Teil des Gehäuses 8 an dessen Innenumfangsfläche angeordnet ist. Der vordere Rahmen 11 ist an einer Schweißfläche C, die eine Verbindung zu dem Gehäuse 8 bildet, luftdicht oder hermetisch abgedichtet. Das hintere Ende des vorderen Rahmens 11 befindet sich in Kontakt mit dem vorderen Ende des Isolierblocks 3, so dass das Gehäuse 8 durch den vorderen Rahmen 11 an dem Isolierblock 3 stabilisiert ist. Ferner ist ein transparentes Deckglas 10 vorgesehen, das die vordere Fläche des Bildaufnahmeelementes 1 gegenüber dem Außenraum abdichtet. Das Deckglas 10 ist an einer Dichtfläche D des am weitesten vorn liegenden Teils des vorderen Rahmens 11 luftdicht oder hermetisch abgedichtet.
Die Bildaufnahmeeinheit 100 hat ferner eine zylindrische Abschirmung 12, die die Verbindungsabschnitte der Signalleiter 4 und der Anschlussstege 5 umgibt, so dass verhindert wird, dass Rauschen in die Signale eingekoppelt wird, die durch die Signalleiter 4 und die Anschlussstege 5 laufen. Das vordere Ende der zylindrischen Abschirmung 12 ist über eine Lötverbindung elektrisch mit dem hinteren Ende des Gehäuses 8 verbunden (Lötstelle E).
2 zeigt für das erste Ausführungsbeispiel eine Draufsicht auf die Bildaufnahmeeinheit 100 in einem Schnitt längs der in 1 dargestellten Linie II-II. Die zylindrische Abschirmung 12 ist so angeordnet, dass sie die Anschlussstege 5 und die mit diesen verbundenen Signalleiter 4 umgibt. Dabei ist die zylindrische Abschirmung 12 so angeordnet, dass sie von den Anschlussstegen 5 und den mit diesen verbundenen Signalleitern 4 in radialer Richtung beabstandet ist, wobei der Hohlraum zwischen den Anschlussstegen 5 und den Signalleitern 4 einerseits und der zylindrischen Abschirmung 12 andererseits mit einer Vergussmasse 13 wie einem Klebstoff auf Epoxidbasis gefüllt ist.
Ist die zylindrische Abschirmung 12 über die Lötverbindung an dem Gehäuse 8 angebracht, so ist der Durchmesser der zylindrischen Abschirmung 12 der Bildaufnahmeeinheit 100 kleiner als der Durchmesser des von dem Gehäuse 8 umgebenen Teils.
Der Durchmesser des Teils der Bildaufnahmeeinheit 100, der an den Verbindungsabschnitt zwischen der zylindrischen Abschirmung 12 und dem Gehäuse 8 anschließt, kann so kleiner ausgebildet werden, so dass andere Komponenten der Bildaufnahmeeinheit 100, wie z.B. ein für die Beleuchtung vorgesehener Lichtleiter und rohrförmige Kanäle, mit wesentlich größeren Durchmessern versehen werden können, was die Funktionalität des Endoskops verbessert. Außerdem kann die wie oben beschrieben ausgebildete Bildaufnahmeeinheit 100 in einem Endoskop geringen Durchmessers verwendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
3 zeigt eine Bildaufnahmeeinheit 200 für ein elektronisches Endoskop nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt. In diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen werden Elemente, die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, mit den in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Isolierblock 3 an seinem Umfang eine Aufnahme 3a für die zylindrische Abschirmung 12. Die Aufnahme 3a hat im Querschnitt annähernd die Form eines Rechtecks und befindet sich in Eingriff mit dem vorderen Ende der zylindrischen Abschirmung 12. Durch diese Konstruktion kann die zylindrische Abschirmung 12 bei der Montage der Bildaufnahmeeinheit 200 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung einfach und lagerichtig positioniert werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
4 zeigt eine Bildaufnahmeeinheit 300 für ein elektronisches Endoskop nach einem dritten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt. 5 zeigt für das dritte Ausführungsbeispiel eine Draufsicht auf die Bildaufnahmeeinheit 300 in einem Schnitt längs der in 4 dargestellten Linie V-V. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines für die zylindrische Abschirmung 12 bestimmten Aufnahmeelementes 14 der Bildaufnahmeeinheit 300 nach drittem Ausführungsbeispiel. 7 zeigt eine Abwandlung des Aufnahmeelementes 14a der Bildaufnahmeeinheit 300 nach drittem Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Bildaufnahmeeinheit 300 das Aufnahmeelement 14, das an der hinteren Fläche des Gehäuses 8 befestigt ist. Die zylindrische Abschirmung 12 ist an der Außenumfangsfläche des Aufnahmeelementes 14 befestigt.
Das Aufnahmeelement 14 ist als annähernd rechteckiger Rahmen ausgebildet, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Gehäuses 8 ist. Das Aufnahmeelement 14 besteht aus einem isolierenden Material, z.B. Keramik, so dass es der Spannung standhält, die an den Anschlussstegen 5 anliegt, die in der Nähe des Aufnahmeelementes 14 angeordnet sind. Das Aufnahmeelement 14 hat metallisierte Außenumfangsflächen 15, die beim Anbringen der zylindrischen Abschirmung 12 an dem Aufnahmeelement 14 leicht gelötet werden können. Die Ecken oder Kanten des Aufnahmeelementes 14 können auch abgeschrägt sein, wie in 7 gezeigt ist. Bei der Ausbildung der Bildaufnahmeeinheit 300 ist darauf zu achten, dass die zylindrische Abschirmung 12 exakt lagerichtig bezüglich der Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 angeordnet ist, so dass die Außenumfangsfläche der zylindrischen Abschirmung 12 nicht gegenüber der Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 hervorsteht. Dies bedeutet, die Außenfläche der Abschirmung 12 sollte bündig mit der Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 sein.
8 zeigt die Bildaufnahmeeinheit 300 nach drittem Ausführungsbeispiel, bevor die zylindrische Abschirmung 12 montiert ist. Der hintere Endabschnitt des Gehäuses 8 ist zur Gehäuseachse hin gebogen. Das Aufnahmeelement 14 ist mittels eines hitzebeständigen Klebstoffs, z.B. eines Klebstoffs auf Silikonbasis oder Epoxidbasis, lagerichtig bezüglich des Gehäuses 8 an dessen hinterer Fläche (Haftfläche F) befestigt. Das Aufnahmeelement 14 muss nicht notwendigerweise luftdicht oder hermetisch an der Haftfläche F abgedichtet sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Klebstoff in einem Bereich von etwa 300 bis 350°C hitzebeständig, so dass er durch die Hitze, die während der in der Nähe der Haftfläche F ausgeführten Lötarbeit erzeugt wird, keine Funktionsbeeinträchtigung erfährt. Wenn das Aufnahmeelement 14 auf die Haftfläche F des Gehäuses 8 geklebt wird, ist seine Außenumfangsfläche exakt gegenüber der Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 positioniert, indem beispielsweise ein nicht gezeigtes Werkzeug verwendet wird.
9 zeigt die Bildaufnahmeeinheit 300 nach drittem Ausführungsbeispiel, bevor die zylindrische Abschirmung 12 montiert ist. Nachdem die Signalleiter 4 an die Anschlussstege 5 gelötet sind, wie in 9 gezeigt ist, wird die Innenumfangsfläche des vorderen Endabschnitts der zylindrischen Abschirmung 12 dicht auf die Außenumfangsfläche des Empfangselementes 14 aufgesteckt (vergl. 4).
Anschließend wird der vordere Endabschnitt der zylindrischen Abschirmung 12 entlang den metallisierten Flächen 15 des Empfangselementes 14 an einen Lötabschnitt E des Gehäuses 8 gelötet. Anstelle einer Lötverbindung kann auch eine Schweißverbindung mit einem anderen leitenden Material vorgesehen werden.
Durch die oben beschriebene Konstruktion kann die zylindrische Abschirmung 12 lagerichtig bezüglich der Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 angebracht werden, so dass die Außenumfangsfläche der zylindrischen Abschirmung 12 nicht über die Außenumfangsfläche des Gehäuses 8 hervorsteht.

Claims

Bildaufnahmeeinheit (100, 200, 300) für ein elektronisches Endoskop, mit: – einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (1), das ausgebildet ist, ein Objektbild aufzunehmen; – einem metallischen Gehäuse (8), das die Umfangsfläche eines isolierenden Trägers (3), der das Bildaufnahmeelement (1) hält, hermetisch umschließt und so angeordnet ist, dass es den vorderen Endabschnitt des isolierenden Trägers (3) bedeckt; – mindestens einem Anschlusssteg (5), der in der Nähe des hinteren Endabschnitts des isolierenden Trägers (3) außerhalb des Gehäuses (8) mit mindestens einem Signalleiter (4) verbunden ist; und – einer leitenden, zylindrischen Abschirmung (12), die die Stelle umgibt, an der der Anschlusssteg (5) und der Signalleiter (4) miteinander verbunden sind und die von dem Anschlusssteg (5) und dem Signalleiter (4) in radialer Richtung beabstandet ist, wobei der hintere Endabschnitt des isolierenden Trägers (3) einen kleineren Außendurchmesser als der von dem Gehäuse (8) eingeschlossene Teil des isolierenden Trägers (3) aufweist, so dass die zylindrische Abschirmung (12) einen kleineren Außendurchmesser als das Gehäuse (8) aufweist.
Bildaufnahmeeinheit (100, 200, 300) nach Anspruch 1, bei der die zylindrische Abschirmung (12) und das Gehäuse (8) elektrisch miteinander verbunden sind.
Bildaufnahmeeinheit (200, 300) nach Anspruch 1 oder 2, bei der – der isolierende Träger (3) einen Aufnahmeteil (3a, 14, 14a) aufweist, auf den der vordere Endabschnitt der zylindrischen Abschirmung (12) gesteckt ist, und – die zylindrische Abschirmung (12) lagerichtig positioniert ist, wenn der vordere Endabschnitt der zylindrischen Abschirmung (12) auf den Aufnahmeteil (3a, 14, 14a) gesteckt ist.
Bildaufnahmeeinheit (300) nach Anspruch 1 oder 2, bei der an dem hinteren Endabschnitt des Gehäuses (8) ein Aufnahmeelement befestigt (14, 14a) ist, auf das der vordere Endabschnitt der zylindrischen Abschirmung (12) gesteckt ist, so dass die zylindrische Abschirmung (12) lagerichtig positioniert ist, wenn der vordere Endabschnitt der zylindrischen Abschirmung (12) auf das Aufnahmeelement (14, 14a) gesteckt ist.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 4, bei der der hintere Endabschnitt des Gehäuses (8) durch einen zur Gehäuseachse hin gebogenen Gehäuseteil gebildet ist und das Aufnahmeelement (14, 14a) an der hinteren Fläche des hinteren Endabschnitts befestigt ist.
Bildaufnahmeeinheit (300) nach Anspruch 4, bei der das Aufnahmeelement (14, 14a) auf das Gehäuse (8) geklebt ist.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 4, bei der das Aufnahmeelement (14, 14a) auf das Gehäuse (8) gelötet ist.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 4, bei der das Aufnahmeelement (14, 14a) ein Rahmen ist, der im Querschnitt annähernd die Form eines Rechtecks hat.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 4, bei der die zylindrische Abschirmung (12) und das Gehäuse (8) elektrisch miteinander verbunden sind.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 4, bei der das Aufnahmeelement (14, 14a) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
Bildaufnahmeeinheit nach Anspruch 10, bei der die Außenumfangsfläche des Aufnahmeelementes (14, 14a) metallisiert ist.