DE102006032078A1

DE102006032078A1 - Bildaufnahmebaustein für ein elektronisches Endoskop

Info

Publication number: DE102006032078A1
Application number: DE102006032078A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ogino; Kazuyuki Yamamoto; Akihiro Ito; Seiichiro Okamura; Tomokazu Yamashita
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-01-25
Also published as: JP4648780B2; US20070007360A1; JP2007014651A

Abstract

Beschrieben ist ein für ein elektronisches Endoskop bestimmter Bildaufnahmebaustein mit einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (11); einem Trägerelement (12), das aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und das Bildaufnahmeelement (11) hält; einem metallischen Bausteingehäuse (13), das das Festkörper-Bildaufnahmeelement (11) umschließt, wobei ein proximaler Endabschnitt des Bausteingehäuses (13) luftdicht mit dem Trägerelement (12) verschweißt ist und an der vorderen Stirnfläche des Bausteingehäuses (13) ein Fensterteil ausgebildet ist; einem Deckglas (14), das luftdicht an dem Fensterteil befestigt ist; und einem Verstärkungselement (20), das an der Innenfläche des Bausteingehäuses (13) anliegt und verformungsfester als das Bausteingehäuse (13) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildaufnahmebaustein für ein elektronisches Endoskop, der in den distalen Endabschnitt eines Einführteils des elektronischen Endoskops eingebaut ist.

Üblicherweise ist ein solcher für ein elektronisches Endoskop vorgesehener Bildaufnahmebaustein so ausgebildet, dass ein Festkörper-Bildaufnahmeelement an einem aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden Element gehalten ist, an das ein Basis- oder Trägerteil eines metallischen Bausteingehäuses, welches das Festkörper-Bildaufnahmeelement umschließt, luftdicht gekoppelt ist. An der Vorderfläche des Bausteingehäuses ist ein Fensterteil ausgebildet, an dem ein transparentes Deckglas luftdicht befestigt ist. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist in der Druckschrift JP 2003-258221A beschrieben.

Nach Abschluss der endoskopischen Diagnose wird das verwendete Endoskop in einen Hochdruck-Dampfsterilisator eingebracht, um es zu sterilisieren. In einem Vorvakuumprozess, der in dem Dampfsterilisator ausgeführt wird, wird der Luft druck innerhalb des Endoskops signifikant herabgesetzt. Aufgrund der luftdichten Konstruktion bleibt jedoch innerhalb des Bausteingehäuses der Druck unverändert. Aufgrund des Luftdruckunterschieds zwischen innerhalb und außerhalb des Bausteingehäuses verformt sich dieses so, dass es sich ausdehnt. Durch eine solche Verformung wird die Mitte des Bausteingehäuses gegenüber der optischen Achse einer für das Bildaufnahmeelement bestimmten Objektivoptik verschoben, was unter anderem zu einer Unschärfe führen kann, so dass die Qualität des mit dem Bildaufnahmeelement eingefangenen Bildes herabgesetzt wird. Ferner hat das Bausteingehäuse typischerweise die Form eines vergleichsweise dünnwandigen Rohrs. Das Bausteingehäuse wird deshalb durch eine einwirkende äußere Kraft vergleichsweise leicht verformt.

Um eine solche Verformung zu vermeiden, kann das Bausteingehäuse vergleichsweise dickwandig ausgebildet werden. Dadurch kann eine Verformung infolge des Druckunterschieds und/oder infolge einer äußeren Kraft weitgehend vermieden werden. Im Hinblick auf die angewandte Fertigungstechnik und/oder die Fertigungskosten bereitet es jedoch häufig Schwierigkeiten, das Bausteingehäuse ausreichend dickwandig auszubilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen für ein elektronisches Endoskop bestimmten, verbesserten Bildaufnahmebaustein bereitzustellen, der sich infolge eines Druckunterschieds, der durch einen Sterilisator zwischen innerhalb und außerhalb des Bausteins verursacht wird, nicht verformt und der auch eine ausreichende Festigkeit gegenüber Luftdruckänderungen außerhalb des Bausteins aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Bildaufnahmebaustein 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 einen Bildaufnahmebaustein nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen Querschnitt längs der in 1 gezeigten Linie II-II;
3 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines distalen Endstücks eines Einführteils des elektronischen Endoskops nach erstem Ausführungsbeispiel;
4 einen Längsschnitt durch das distale Endstück des Einführteils des elektronischen Endoskops nach erstem Ausführungsbeispiel;
5 einen Längsschnitt durch einen Bildaufnahmebaustein nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 einen Längsschnitt durch einen Bildaufnahmebaustein nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
7 einen Längsschnitt durch einen Bildaufnahmebaustein nach einem vierten Ausführungsbeispiel; und
8 einen Längsschnitt durch einen Bildaufnahmebaustein nach einem fünften Ausführungsbeispiel.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bildaufnahmebausteins beschrieben.
4 zeigt den distalen Endabschnitt eines Einführteils 1 eines elektronischen Endoskops in einem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 4 gezeigt, ist an der vorderen Stirnfläche des Einführteils 1 ein Beobachtungsfenster 2 ausgebildet. Auf der bezüglich dieses Beobachtungsfensters 2 innenliegenden Seite ist eine Objektivoptik 3 angeordnet, die in einer Objektivfassung 4 eingebaut ist.
Hinter (d.h. in 4 rechts) der Objektivoptik 3 befindet sich ein Bildaufnahmebaustein 10. In dem Bildaufnahmebaustein 10 ist ein Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 untergebracht. Der Bildaufnahmebaustein 10 ist so angeordnet, dass eine Bildaufnahmefläche 11a des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 mit der Bildebene der Objektivoptik 3 zusammenfällt.
Das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 ist an einem isolierenden Basis- oder Trägerelement 12 gehalten und innerhalb eines Raums angeordnet, der von einem Bausteingehäuse 13 und einem Deckglas 14 luftdicht eingeschlossen ist. Von dem isolierenden Trägerelement 12 erstrecken sich mehrere Anschlüsse 15 nach hinten, mit denen Signalleitungen 5a eines Signalkabels 5 verbunden sind. Das Signalkabel 5 läuft durch den Einführteil 1 des Endoskops.
1 zeigt den Bildaufnahmebaustein 10 in einem vergrößerten Längsschnitt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 12 ein im Wesentlichen rechteckiger, starrer Körper, der aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. einer Keramik, besteht. An der vorderen Stirnfläche des Trägerelementes 12 ist das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 mittels eines Klebstoffs befestigt.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 16 Anschluss- oder Bonddrähte, die mit einer in dem Bildaufnahmeelement 11 angeordneten Schaltung verbunden sind. Die anderen Enden der Anschlussdrähte 16 sind über eine nicht gezeigte Schaltung, die Widerstände, Kondensatoren oder ICs enthält, mit den Anschlüssen 15 verbunden.
Die äußere Form der hinteren Hälfte des isolierenden Trägerelementes 12 ist gestuft, so dass sie dünner als die vordere Hälfte ist. Diese hintere, dünnere Hälfte ist mit einem metallischen Schlingenelement 17 fest umwickelt, das mittels eines anorganischen Klebstoffs oder Haftmittels luftdicht an dem Trägerelement 12 haftet. Dieser Abschnitt wird im Folgenden als Haftabschnitt A bezeichnet.
In 1 ist ein metallisches Bausteingehäuse 13 gezeigt, das das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 luftdicht umschließt, so dass beispielsweise Dampf, der bei einer unter hohem Druck und hoher Temperatur stattfindenden Dampfsterilisation entsteht, nicht in das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 eindringt. Die hintere Hälfte des Bausteingehäuses 13 umschließt das isolierende Trägerelement 12. Das hintere Ende des Bausteingehäuses 13 ist mit dem Schleifenelement 17 über dessen gesamte Schleifenerstreckung verschweißt. Dieser Teil wird im Folgenden als Schweißabschnitt B bezeichnet.
Ein Deckglas 14, das durch eine rechteckige, aus einem transparenten optischen Glas bestehende Platte gebildet ist, ist luftdicht in einen Fensterteil eingesetzt, der in einem zentralen Bereich der vorderen Stirnfläche des Bausteingehäuses 13 ausgebildet ist. Dort ist das Deckglas 14 mittels eines anorganischen Haftmittels eingeklebt. Auf die innere oder hintere Fläche des Deckglases 14 ist ein optisches Filter 18 geklebt, das eine Beschichtung aufweist, durch die Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, z.B. Licht im Infrarotbereich und Yag-Laserlicht, gesperrt wird.
Auf die hintere Fläche des optischen Filters 18 ist eine Maske 19 geklebt, die überflüssiges Licht im Randbereich eines Strahlengangs blockiert, durch den ein Objektbild auf die Bildaufnahmefläche 11a projiziert wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl das optische Filter 18 als auch die Maske 19 rund und weisen im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser auf.
In 1 ist ein Verstärkungselement 20 gezeigt, das eine Verformung des Bausteingehäuses 13 verhindert. Das Verstärkungselement 20 besteht aus einem starren Kunststoffmaterial hoher Steifigkeit, z.B. aus PEEK (Polyetheretherketon) oder PPS (Polyphenylensulfid), einem keramischen Material ähnlich dem Material, aus dem das isolierende Trägerelement 12 besteht, oder einem metallischen Material. Dabei ist das Verstärkungselement 20 so ausgebildet, dass es einen höheren Verformungswiderstand als das Bausteingehäuse 13 aufweist.
Das Verstärkungselement 20 hat einen rechteckigen Querschnitt derart, dass seine Außenumfangsfläche die vier Innenumfangsflächen des Bausteingehäuses 13 kontaktiert, wie in 2, die einen Querschnitt längs der in 1 gezeigten Linie II-II darstellt, und in 3 gezeigt ist, die eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht zeigt. Die vier Ecken des Verstärkungselementes 20 sind abgeschrägt, so dass sie nicht in Kontakt mit dem Bausteingehäuse 13 kommen. Das Bezugszeichen 19a bezeichnet die Kante eines in der Maske 19 ausgebildeten Fensters, während das Bezugszeichen 22 einen Eingriffteil bezeichnet, der die Stellung der Maske 19 bezüglich des Verstärkungselementes 20 festlegt.
An der Vorderseite des Verstärkungselementes 20 ist eine Aufnahmeöffnung 21 ausgebildet, in der das optische Filter 18 und die Maske 19 sitzen. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, kontaktiert die hintere, d.h. rechte Fläche der Maske 19, die im Folgenden als Kontaktfläche C bezeichnet wird, die Bodenfläche der Aufnahmeöffnung 21. Die hintere Fläche des Verstärkungselementes 20 kontaktiert die vordere, d.h. rechte Fläche des Trägerelementes 12 in dessen Randbereich.
Zwischen dem Deckglas 14 und der Bildaufnahmefläche 11a des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 ist so ein fester Abstand mit einem vorbestimmten konstanten Wert festgelegt. Wird das Bausteingehäuse 13 mit dem Schleifenelement 17 verschweißt, so kann auf diese Weise der Abstand zwischen dem Deckglas 14 und der Bildaufnahmefläche 11a genau eingestellt werden, ohne während der Montage ein besonderes Augenmerk auf diesen Abstand legen zu müssen.
Da das Verstärkungselement 20 entlang der Innenfläche des Bausteingehäuses 13 angeordnet ist, wird letzteres verformungsfester gegenüber einer auf den Bildaufnahmebaustein 10 ausgeübten Kraft, die beispielsweise auftritt, wenn der Baustein 10 montiert wird oder wenn er in einer Umgebung angeordnet wird, in der ein großer Unterschied zwischen dem Druck innerhalb und außerhalb des Bausteins 10 auftritt, z.B. in einem Sterilisator.
Zweites bis fünftes Ausführungsbeispiel
Die Erfindung ist nicht auf die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Sie kann vielfältig abgewandelt werden. Wie in den 5 und 6 gezeigt (zweites und drittes Ausführungsbeispiel), kann nur das optische Filter 18 oder nur die Maske 19 auf die hintere Fläche des Deckglases 14 geklebt werden. Wie in 7 (viertes Ausführungsbeispiel) gezeigt, können in einer alternativen Ausführungsform die vorderen Enden des Verstärkungselementes 20 direkt die hintere Fläche des Deckglases 14 kontaktieren. In 8 (fünftes Ausführungsbeispiel) ist eine weitere alternative Ausführungsform gezeigt, bei der die vorderen Enden des Verstärkungselementes 20 direkt die Innenfläche des vorderen Endabschnitts des Bausteingehäuses 13 kontaktieren.

Claims

Bildaufnahmebaustein (10) für ein elektronisches Endoskop, mit: – einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (11); – einem Trägerelement (12), das aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und das Bildaufnahmeelement (11) hält; – einem metallischen Bausteingehäuse (13), das das Festkörper-Bildaufnahmeelement (11) umschließt, wobei ein proximaler Endabschnitt des Bausteingehäuses (13) luftdicht mit dem Trägerelement (12) verschweißt ist und an der vorderen Stirnfläche des Bausteingehäuses (13) ein Fensterteil ausgebildet ist; – einem Deckglas (14), das luftdicht an dem Fensterteil befestigt ist; und – einem Verstärkungselement (20), das an der Innenfläche des Bausteingehäuses (13) anliegt und verformungsfester als das Bausteingehäuse (13) ausgebildet ist.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 1, bei dem die Innenflächen des Bausteingehäuses (13) einen rechteckigen Querschnitt bilden und die Außenflächen des Verstärkungselementes (20) in Kontakt mit den Innenflächen des Bausteingehäuses (13) sind.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die hintere Stirnfläche des Verstärkungselementes (20) in Kontakt mit der vorderen Stirnfläche des Trägerelementes (13) ist.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungselement (20) nach vorn gerichtete Flächen aufweist, die in Kontakt mit der hinteren Fläche eines Elementes sind (18, 19), das an der hinteren Fläche des Deckglases (14) angebracht ist, wobei der Abstand zwischen dem Deckglas (14) und einer Bildaufnahmefläche (11a) des Festkörper-Bildaufnahmeelementes (11) durch die Anordnung des Verstärkungselementes (20) festgelegt ist.
Bildaufnahmeelement (10) nach Anspruch 4, bei dem das an der hinteren Fläche des Deckglases (14) angebrachte Element durch eine Maske (19) und/oder ein optisches Filter (18) gegeben ist, wobei die Maske (19) ausgebildet ist, Licht im Randbereich eines Strahlenganges zu blockieren, der auf die Bildaufnahmefläche (11a) gerichtet ist, um auf dieser ein Objektbild zu erzeugen, und das optische Filter (18) ausgebildet ist, Licht einer vorbestimmten Wellenlänge zu sperren.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 3, bei dem das Verstärkungselement (20) nach vorn ausgerichtete Flächen aufweist, die in Kontakt mit der hinteren Fläche des Deckglases (14) sind, wobei der Abstand zwischen dem Deckglas (14) und einer Bildaufnahmefläche (11a) des Festkörper-Bildaufnahmeelementes (11) durch die Anordnung des Verstärkungselementes (20) festgelegt ist.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 6, bei dem das an der hinteren Fläche des Deckglases (14) angebrachte Element durch eine Maske (19) und/oder ein optisches Filter (18) gegeben ist, wobei die Maske (19) ausgebildet ist, Licht im Randbereich eines Strahlenganges zu blockieren, der auf die Bildaufnahmefläche (11a) gerichtet ist, um auf dieser ein Objektbild zu erzeugen, und das optische Filter (18) ausgebildet ist, Licht einer vorbestimmten Wellenlänge zu sperren.
Bildaufnahmebaustein (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die distalen Stirnflächen des Verstärkungselementes (20) in direktem Kontakt mit der Innenfläche des distalen Endabschnitts des Bausteingehäuses (13) sind.