DE102006032080A1

DE102006032080A1 - Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop

Info

Publication number: DE102006032080A1
Application number: DE102006032080A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Yamamoto; Takuyuki Ogino; 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: JP4864364B2; JP2007014652A; US7628752B2; US20070010706A1

Abstract

Beschrieben ist eine Bildaufnahmeeinheit (10) für ein elektronisches Endoskop, mit einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (11), das im Randbereich seiner Vorderfläche mehrere nach außen abstehende Anschlussdrähte (13) aufweist; einem Halterahmen (12), in dem das Festkörper-Bildaufnahmeelement (11) gehalten ist; einem transparenten Deckglas (15), das zusammen mit einem distalen Endstück des Halterahmens (12) die Vorderfläche des Festkörper-Bildaufnahmeelementes (11) einschließt und gegenüber dem Außenraum abschirmt, wobei das distale Endstück des Halterahmens (12) einen rohrförmigen Abschnitt (12a) aufweist, in dem das Deckglas (15) an einer Stelle sitzt, an der es ohne Kontakt zu den Anschlussdrähten (13) angeordnet ist, und wobei das Deckglas (15) luftdicht mit dem rohrförmigen Abschnitt (12a) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop, die in dem distalen Endabschnitt eines Einführteils des elektronischen Endoskops eingebaut ist.

Üblicherweise ist eine solche für ein elektronisches Endoskop bestimmte Bildaufnahmeeinheit so ausgebildet, dass ein Festkörper-Bildaufnahmeelement an einem Halterahmen gehalten ist. Das Festkörper-Bildaufnahmeelement hat an seiner Vorderseite eine Bildaufnahmefläche. Im Randbereich der Bildaufnahmefläche sind Anschluss- oder Bonddrähte angeordnet, die sich nach außen erstrecken. Das Festkörper-Bildaufnahmeelement ist am vorderen oder distalen Teil des Halterahmens gehalten. Ein transparente Deckglas ist luftdicht am vorderen Ende des Halterahmens angebracht, so dass selbst dann, wenn das Endoskop in einem mit hoher Temperatur und hohem Druck arbeitenden Dampfsterilisator oder dergleichen angeordnet wird, Dampf oder Wasser nicht eindringen können. Beispiele für eine solche Konstruktion sind in den Druckschriften JP 2003-100920A und JP 07-226493 beschrieben.

6 zeigt ein Beispiel für eine herkömmliche Bildaufnahmeeinheit, die für ein elektronisches Endoskop bestimmt ist. Bei diesem Beispiel ist ein Deckglas 93 direkt auf die distale Stirnfläche eines Halterahmens 92 gekittet, der ein Festkörper-Bildaufnahmeelement 91 hält. In 6 ist eine Bildaufnahmefläche mit 91a bezeichnet, während die jeweiligen Anschlussdrähte mit 94 bezeichnet sind.

Wird die Bildaufnahmeeinheit 90 nach 6 in eine Objektiveinheit 80 mit einer Objektivoptik 81 eingebaut, wie in 7 gezeigt ist, so wird, wenn der Abstand A zwischen der Bildaufnahmefläche 91a und dem Deckglas 93 vergleichsweise groß ist, die zur Scharfeinstellung bezüglich der Objektivoptik 81 benötigte hintere Schnittweite B vergleichsweise kurz, so dass eine ausreichende Scharfeinstellung häufig unmöglich wird.

Wird dagegen die hintere Schnittweite B bei gleichbleibendem Abstand A vergrößert, so nimmt die gesamte Länge des Einführteils des Endoskops zu. Wird der Einführteil lang, so ist es schwierig, ihn in eine menschliche Körperkavität einzuführen. Außerdem wird dadurch die Gebrauchseigenschaft des Endoskops nachteilig beeinflusst.

Vorzugsweise ist deshalb der Abstand A möglichst klein. Wird jedoch eine solche Konstruktion verwendet, so kommt infolge von Unregelmäßigkeiten hinsichtlich Größe, Dicke und dergleichen, die bei der Fertigung der optischen Komponenten auftreten, das Deckglas 93 möglicherweise in Kontakt mit den Anschlussdrähten 94, wie in 8 gezeigt ist. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass die Anschlussdrähte 94 beschädigt werden.

9 zeigt ein anderes Beispiel für eine für ein elektronisches Endoskop bestimmte herkömmliche Bildaufnahmeeinheit. Bei diesem Beispiel ist das Deckglas 93 luftdicht mit einem für das Deckglas 93 bestimmten Halterahmen 95 verkittet, der wiederum mit einem ein Festkörper-Bildaufnahmeelement 91 haltenden Halterahmen 92 verkittet ist.

Ist bei dieser Konstruktion der Abstand A zwischen der Bildaufnahmefläche 91a und dem Deckglas 93 verringert, um die Bildaufnahmeeinheit 90 problemlos in die Objektiveinheit 80 einzubauen (vergl. 10), so kommt das Deckglas 93 möglicherweise in Kontakt mit den Anschlussdrähten 94, wie in 11 gezeigt ist. Auch in diesem Fall können die Anschlussdrähte 94 beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop bereitzustellen, bei der der Abstand zwischen der Bildaufnahmefläche und dem Deckglas möglichst klein ist und zugleich sichergestellt ist, dass das Deckglas nicht in Kontakt mit den Anschlussdrähten kommt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. 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 nach einem ersten Ausführungsbeispiel;

2 einen Querschnitt längs der in 1 gezeigten Linie II-II;

3 einen Längsschnitt durch die Bildaufnahmeeinheit nach erstem Ausführungsbeispiel, die in eine Objektiveinheit eingebaut ist;

4 einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;

5 einen Längsschnitt durch die Bildaufnahmeeinheit nach zweitem Ausführungsbeispiel, die in eine Objektiveinheit eingebaut ist;

6 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Bildaufnahmeeinheit;

7 einen Längsschnitt durch die herkömmliche Bildaufnahmeeinheit, die in eine Objektiveinheit eingebaut ist;

8 einen Längsschnitt durch die für das elektronische Endoskop bestimmte herkömmliche Bildaufnahmeeinheit bei Auftreten einer Fehlanordnung;

9 einen Längsschnitt durch eine zweite herkömmliche Bildaufnahmeeinheit für ein elektronisches Endoskop;

10 einen Längsschnitt durch die zweite herkömmliche Bildaufnahmeeinheit, wenn diese in die Objektiveinheit eingebaut ist; und

11 einen Längsschnitt durch die zweite herkömmliche Bildaufnahmeeinheit bei Auftreten einer Fehlanordnung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Bildaufnahmeeinheit nach der Erfindung beschrieben.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit 10 für ein elektronisches Endoskop, die ein erstes Ausführungsbeispiel darstellt. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Bildaufnahmeeinheit 10 längs der Linie II-II nach 1. In den Figuren bezeichnet 11 ein Festkörper-Bildaufnahmeelement, z.B. ein CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement). An der Vorderfläche, d.h. in 1 der linken Fläche, des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 ist in einem zentralen Bereich eine Bildaufnahmefläche 11a definiert. Die Bildaufnahmefläche 11a ist ein rechteckiger Bereich, der kleiner als der Umriss der Vorderfläche des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 ist.
In 1 bezeichnet 12 einen quaderförmigen Halterahmen, der aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. einer Keramik, besteht. An der Vorderfläche, d.h. in 1 der linken Fläche, des Halterahmens 12 ist eine Vertiefung oder Aussparung ausgebildet, in der das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 sitzt und mittels eines Haftmittels oder Klebstoffs dort so befestigt ist, dass nur die Vorderfläche des Bildaufnahmeelementes 11 nach außen freiliegt.
Das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 ist so angeordnet, dass seine Bildaufnahmefläche 11a in Richtung der Mittelachse des Endoskops gegenüber dem distalen Ende des Halterahmens 12 zurückversetzt ist. Der distale Endabschnitt des Halterahmens 12 ist so ausgebildet, dass er einen rohrförmigen Abschnitt 12a aufweist, der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und gegenüber der Bildaufnahmefläche 11a nach vorn übersteht.
Es sind mehrere Anschluss- oder Bonddrähte 13 vorgesehen, die die distalen Enden von mehreren Leitungsanschlüssen 14 mit einer internen Schaltung des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 verbinden. Die Leitungsanschlüsse 14 sind so ausgebildet, dass sie von dem Halterahmen 12 nach hinten abstehen. Die Anschlussdrähte 13 sind im oberen und unteren Randbereich des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 angeordnet und erstrecken sich nach außen, d.h. in den 1 und 2 nach oben und nach unten.
Die Anschlussdrähte 13 sind jeweils so angeordnet, dass sie einen lockeren Bogen bilden, der von der vorderen Stirnfläche des Festkörper-Bildaufnahmeelementes 11 nach vorn absteht und dann mit dem distalen Ende des zugehörigen Leitungsanschlusses 14 verbunden ist. Die Leitungsanschlüsse 14 erstrecken sich jeweils nach hinten und durchsetzen den Halterahmen 12 in Längsrichtung.
Ein Deckglas 15 aus einem transparenten optischen Glas ist von außen, d.h. von der Vorderseite her, in den rohrförmigen Abschnitt 12a des Halterahmens 12 eingesetzt und so mit dessen Innenumfangsfläche verbunden, z.B. verklebt oder verkittet, dass das Festkörper-Bildaufnahmeelement 11 luftdicht eingeschlossen ist. In 1 bezeichnet 16 den verkitteten oder verklebten Abschnitt. Wie in 1 gezeigt, sitzt das Deckglas 15 in dem rohrförmigen Abschnitt 12a des Halterahmens 12, wobei die Außenumfangsfläche des Deckglases 15 mittels eines anorganischen Haftmittels luftdicht mit der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 12a verkittet oder verklebt ist. Durch diese Konstruktion ist sichergestellt, dass selbst dann, wenn die Bildaufnahmeeinheit 10 in einem mit hoher Temperatur und hohem Druck arbeitenden Dampfsterilisator oder dergleichen angeordnet wird, Dampf oder Wasser nicht in den rohrförmigen Abschnitt 12a eintritt. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der rohrförmige Abschnitt 12a im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig sein kann. Die Umfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 12a soll im Folgenden eine Fläche bezeichnen, deren Flächennormale senkrecht zur Längsrichtung des rohrförmigen Abschnitts liegt.
Der rohrförmige Abschnitt 12a weist keine Konstruktion zur Positionierung des Deckglases 15 in Längsrichtung, wie z.B. eine Stufe, auf. Wird das Deckglas 15 in den Halterahmen 12 geklebt, so wird die Position des Deckglases 15 geeignet so eingestellt, dass dessen Rückfläche nahe an der Bildaufnahmefläche 11a angeordnet ist, jedoch die Anschlussdrähte 13 nicht kontaktiert. Anschließend wird das Deckglas 15 mittels eines anorganischen Haftmittels luftdicht mit dem rohrförmigen Abschnitt 12 verklebt oder verkittet.
Wird das Deckglas 15 in oben beschriebener Weise an der Bildaufnahmeeinheit 10 befestigt, so kommt eine Rückfläche nicht in Kontakt mit den Anschlussdrähten 13. Es kann somit ausgeschlossen werden, dass die Anschlussdrähte 13 durch das Deckglas 15 beschädigt werden. Wird die Bildaufnahmeeinheit 10 in die mit der Objektivoptik 21 versehene Objektiveinheit 20 eingebaut, so ist der Abstand A zwischen der Bildaufnahmefläche 11a und dem Deckglas 15 ausreichend klein, wie in 3 gezeigt ist. Auf diese Weise kann eine ausreichende hintere Schnittweite B erzielt werden, die zur Scharfeinstellung der Objektivoptik 21 benötigt wird.
4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeeinheit 10A nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 4 gezeigt, hat die Bildaufnahmeeinheit 10A einen Rahmen 17 für das Deckglas 15, der aus Metall besteht und einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Rahmen 17 hat im zentralen Teil seiner Bodenfläche eine Öffnung. Das Deckglas 15 ist mittels eines anorganischen Haftmittels oder Klebstoffs mit seiner Außenumfangsfläche unter der hinteren Randfläche mit dem Rahmen 17 verklebt oder verkittet.
Der Rahmen 17 ist in den rohrförmigen Abschnitt 12a des Halterahmens 12 eingepasst. Die in Längsrichtung optimale Position des Rahmens 17 wird so festgelegt, dass die Rückseite des Deckglases 15 genügend nahe an der Bildaufnahmefläche 11a angeordnet ist, jedoch nicht in Kontakt mit den Anschlussdrähten 13 kommt. In dieser Position wird die Außenumfangsfläche des Rahmens 17 mit der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 12a des Halterahmens 12 verklebt oder verkittet.
Als Material für den Rahmen 17 wird vorzugsweise eine Metalllegierung verwendet, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, kurz CTE, wie das Deckglas 15 hat. Beispielsweise kann eine Kovar- oder 42-Legierung verwendet werden, die Nickel enthält. Der rohrförmige Abschnitt 12a des Halterahmens 12 kann aus dem gleichen Material bestehen. Am Verbindungsabschnitt 16 sind die gesamte Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 12a und die gesamte Außenumfangsfläche des für das Deckglas 15 vorgesehenen Rahmens 17 luftdicht durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden.
Durch die oben beschriebene Konstruktion ist sichergestellt, dass die Rückfläche des Deckglases 15 keinen Kontakt mit den Anschlussdrähten 13 hat. Die Anschlussdrähte 13 werden so nicht beschädigt. Ist die Bildaufnahmeeinheit 10A in die mit der Objektivoptik 21 versehene Objektiveinheit 20 eingebaut, so ist der Abstand A zwischen der Bildaufnahmefläche 11a und dem Deckglas 15 ausreichend klein. Somit ist eine ausreichend lange hintere Schnittweite B zur Scharfeinstellung der Objektivoptik 21 gewährleistet.

Claims

Bildaufnahmeeinheit (10) für ein elektronisches Endoskop, mit: – einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (11), das im Randbereich seiner Vorderfläche mehrere nach außen abstehende Anschlussdrähte (13) aufweist; – einem Halterahmen (12), in dem das Festkörper-Bildaufnahmeelement (11) gehalten ist; – einem transparenten Deckglas (15), das zusammen mit einem distalen Endstück des Halterahmens (12) die Vorderfläche des Festkörper-Bildaufnahmeelementes (11) einschließt und gegenüber dem Außenraum abschirmt, – wobei das distale Endstück des Halterahmens (12) einen rohrförmigen Abschnitt (12a) aufweist, in dem das Deckglas (15) an einer Stelle sitzt, an der es ohne Kontakt zu den Anschlussdrähten (13) angeordnet ist, und wobei das Deckglas (15) luftdicht mit dem rohrförmigen Abschnitt (12a) verbunden ist.
Bildaufnahmeeinheit (10) nach Anspruch 1, bei der das Deckglas (15) direkt und luftdicht auf die Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts (12a) des Halterahmens (12) geklebt oder gekittet ist.
Bildaufnahmeeinheit (10A) nach Anspruch 1, bei der das Deckglas (15) luftdicht mit einem Glasrahmen (17) verklebt oder verkittet ist, der luftdicht mit der Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts (12a) des Halterahmens (12) verbunden ist.
Bildaufnahmeeinheit (10) für ein elektronisches Endoskop, mit: – einem Festkörper-Bildaufnahmeelement (11), das im Randbereich seiner Vorderfläche mehrere nach außen abstehende Anschlussdrähte (13) aufweist; – einem Halterahmen (12), in dem das Festkörper-Bildaufnahmeelement (11) gehalten ist; – einem transparenten Deckglas (15), das zusammen mit einem distalen Endstück des Halterahmens (12) die Vorderfläche des Festkörper-Bildaufnahmeelementes (11) einschließt und gegenüber dem Außenraum abschirmt, wobei – das distale Endstück einen rohrförmigen Abschnitt (12a) aufweist, in den das Deckglas (15) eingesetzt ist, – der rohrförmige Abschnitt (12a) so ausgebildet ist, dass das noch unbefestigte Deckglas (15) in ihm in Längsrichtung frei positionierbar ist, und – das befestigte Deckglas (15) in dem rohrförmigen Abschnitt an einer Stelle angeordnet ist, in der es keinen Kontakt zu den Anschlussdrähten hat, wobei die Außenumfangsfläche des Deckglases (15) luftdicht mit der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts (12a) verbunden ist.