DE102007032200A1

DE102007032200A1 - Endoskop

Info

Publication number: DE102007032200A1
Application number: DE102007032200A
Authority: DE
Inventors: Werner Hans Schölly; Stefan Schlenker; Steffen Paul; Volker Grimmig
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: JP2009018166A; JP5424587B2; DE102007032200B4; US20090018397A1; US8128557B2

Abstract

Ein Endoskop (1) weist einen Handgriff (2) sowie ein damit verbindbares Sondenteil (3) auf, wobei in dem Handgriff (2) ein Beleuchtungssystem mit wenigstens einer Leuchtdiode (6) sowie ein Videosystem mit einem Bildempfänger angeordnet sind. Für die wenigstens eine Leuchtdiode (6) ist ein innerhalb des Handgriffs (2) angeordnetes Trägerelement (12) aus wärmeleitendem Material vorgesehen, mit dem die Leuchtdiode (6) direkt verbunden ist. Das Trägerelement kann zur Wärmeableitung und/oder Abstrahlung mit Gehäuseteilen und/oder Einbauteilen des Handgriffs (2) und des Sondenteils (3) in thermischem Kontakt stehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit einem Handgriff sowie einem damit verbindbaren Sondenteil, wobei in dem Handgriff ein Beleuchtungssystem mit wenigstens einer Leuchtdiode sowie ein Videosystem mit einem Bildempfänger angeordnet sind.
Bei solchen Endoskopen sind nur noch elektrische Zuleitungen für das Beleuchtungssystem und das Videosystem erforderlich, so dass die Handhabung des Endoskops auch bei sehr kleinen Bauformen vereinfacht und durch die Zuleitungen praktisch nicht beeinträchtigt ist.
Problematisch ist bei einer in den Handgriff integrierten Beleuchtungsquelle, dass eine vergleichsweise hohe, punktuelle Wärmeentwicklung vorhanden ist, die den Handgriff aufheizt, wodurch das manuelle Halten beeinträchtigt sein kann. Auch die Einbauteile des Handgriffs, insbesondere die Kamera mit dem Bildempfänger und weitere, elektronische Bauteile, aber auch die Okulareinheit mit den Verklebungen im Bereich der Optik würden dadurch thermisch hoch belastet.
Bei Einsatz einer Hochleistungs-Leuchtdiode, kurz LED, entsteht unmittelbar am LED-Chip eine Tempera tur, die bei medizinischen Geräten, insbesondere Endoskopen nicht zulässig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endoskop der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei Einsatz von Lichtquellen mit hoher, punktueller Wärmeentwicklung insgesamt keine unzulässige Erwärmung erfährt und dessen Einbauteile einer vergleichsweise geringen Temperaturbelastung ausgesetzt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass für die wenigstens eine Leuchtdiode ein innerhalb des Handgriffs angeordnetes Trägerelement aus wärmeleitendem Material vorgesehen ist, mit dem die Leuchtdiode direkt verbunden ist. Zweckmäßigerweise besteht dabei das Trägerelement aus Kupfer oder aus Aluminium oder dergleichen gut wärmeleitendem Material.
Die punktuelle Wärmeentwicklung an der LED wird unmittelbar auf das Trägerelement weitergeleitet, das durch eine vergleichsweise große Masse in Verbindung mit einer guten Wärmeleitfähigkeit eine große Wärmaufnahmekapazität hat. Bei Kurzzeitbetrieb kann diese Wärmaufnahmekapazität für eine ausreichende Wärmeverteilung sorgen.
Dazu trägt auch bei, wenn das Trägerelement stabförmig ausgebildet ist und sich von der Einbaustelle der LED soweit wie möglich in den rückwärtigen Teil des Handgriffs erstreckt, dass eine zur Kühlung der LED ausreichende Ableit- und Kühlfläche gebildet ist. Das Trägerelement kann sich dabei, etwa ausgehend von der Kupplungsstelle zwischen dem Sondenteil und dem Handgriff, in den hinteren Teil des Handgriffs erstrecken. Der rückwärtigen Raum des Handgriffs wird somit gut ausgenutzt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Trägerelement mit Gehäuse teilen und/oder Einbauteilen des Handgriffs und gegebenenfalls des Sondenteils in thermischem Kontakt steht und dass die Masse und/oder Oberfläche aller thermisch kontaktierter Elemente zur Wärmeableitung und Kühlung der LED vorgesehen sind.
Versuche haben gezeigt, dass durch diese Maßnahme, auch bei Einsatz einer oder mehrerer LEDs hoher Leistung, die Gesamterwärmung des Endoskopgriffs unterhalb des zulässigen Grenzwerts liegt und insbesondere unter 50°C liegt. Bei den üblichen Betriebsdauern mit kontinuierlich eingeschalteter LED liegt die Erwärmung noch unterhalb dieser Temperatur.
Bei den vorbeschriebenen Wärmeableit- und Abstrahlmaßnahmen, kann auch eine gewisse Wärmeabstrahlung über den Handgriff selbst nach außen mit einbezogen sein.
Wie bereits vorerwähnt, können die Einbauteile des Handgriffs zur Wärmeableitung der von der LED erzeugten und in das Trägerelement übertragenen Wärme benutzt werden.
Dazu kann ein Halter für das Trägerelement und eine Okularpatrone als Wärmebrückenteil ausgebildet sein, so dass auch die Okularpatrone in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement steht.
Weiterhin kann die Okularpatrone koaxial mit einer Kamerabuchse verbunden sein, so dass beide Teile zur Wärmeableitung dienen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kamerabuchse insbesondere mittels einer rückseitigen Haltebuchse mit einer äußeren Überwurfmutter oder dergleichen Abschluss- oder Verschraubungsteil in thermischem Kontakt steht.
Das außen am hinteren Ende des Handgriffs liegende Teil ergibt eine gute Abstrahlung der von der LED über die Einbauteile weitergeleiteten Wärme nach außen an die Umgebungsluft, wobei dieser Teil des Handgriffs praktisch außerhalb des Haltebereiches beim Erfassen des Handgriffes liegt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen dem Handgriff sowie dem Sondenteil eine Kupplung mit bajonettartig ineinander greifenden Kupplungsteilen vorgesehen sein, wobei diese Kupplungsteile über eine Halteplatte und das Wärmebrückenteil mit dem LED-Trägerelement in thermischem Kontakt stehen, so dass auch diese Teile mit zu einer Wärmeabstrahlung nach außen beitragen.
Eine besonders effektive Wärmeableitung und Abstrahlung nach außen ergibt sich, wenn eines der Kupplungsteile als Verriegelungsteil mit einem äußeren, laschenförmigen Fortsatz als Handhabe zum Verdrehen des Verriegelungsteil ausgebildet ist.
Dieser laschenförmige Fortsatz bildet zusätzlich zu dem wärmeabstrahlenden Verriegelungsteil selbst praktisch eine Kühlfahne, die durch ihre außerhalb des Gehäuseinneren liegende Oberfläche eine besonders gute Wärmeabstrahlung nach außen bewirkt.
Die Verschraubungsteile oder dergleichen am hinteren Ende des Handgriffs und die Kupplungsteile mit ihrem laschenförmigen Verschlussteil am andern Ende bestehen in der Regel aus Metall, wodurch eine gute Wärmeleitung gegeben ist.
Bei Einsatz und Ausnutzung aller Kühl- und Ableitmaßnahmen ist auch ein Dauerbetrieb der Beleuchtung selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen, also erhöhter Umgebungstemperatur möglich.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Endoskops mit einem Handgriff und einem Sondenteil, die von einander getrennt dargestellt sind,
2 eine Längsschnittdarstellung eines Handgriffs,
3 eine perspektivische Ansicht eines Trägerelementes und einer damit verbundenen Leuchtdiode,
4 eine perspektivische Ansicht eines Sondenteils und eines zum Teil dargestellten, vom Sondenteil getrennten Handgriffs und
5 eine perspektivische Ansicht eines Handgriffs mit Blick auf das Kupplungsende bei geschlossenem Verschlussteil.
Ein in 1 gezeigtes Endoskop 1 weist im wesentlichen einen Handgriff 2 sowie ein damit verbindbares Sondenteil 3 auf. Diese beiden Teile 2 und 3 sind mittels einer Kupplung 7 miteinander verbindbar. Am Handgriff 2 ist ein verdrehbares Verriegelsteil 5 und am Sondenteil 3 ein plattenförmiges Kupplungsgegenstück 4 vorgesehen, die in Schließstellung bajonettartig ineinander greifen.
In dem Handgriff 2 ist ein Beleuchtungssystem mit einer Leuchtdiode 6 (vergleiche 2, 3 und 5) angeordnet. Das von der Leuchtdiode 6 erzeugte Licht wird bei angekuppeltem Sondenteil 3 in einen im Sondenteil befindlichen Lichtleiter 8 eingekoppelt und über diesen an das distale Ende der eigentlichen Sonde 9 geführt.
In dem Handgriff 2 befindet sich weiterhin ein Videosystem mit einer Kamera 10 und einer vorgeschalteten Okularpatrone 11.
Die Leuchtdiode 6 des Beleuchtungssystems ist mit einem Trägerelement 12 aus wärmeleitendem Material verbunden, wobei die LED direkt mit dem Trägerelement thermisch gekoppelt ist. Das Trägerelement bildet dabei eine stabile Halterung und einen Wärmeleitkörper.
Das Trägerelement 12, das zusammen mit der Leuchtdiode 6 perspektivisch in 3 gezeigt ist, kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen und ist im Ausführungsbeispiel stabförmig ausgebildet. Es erstreckt sich von der Einbaustelle der Leuchtdiode 6 nahe der Kupplung 7 in einen rückwärtigen Bereich des Handgriffs 2. Die Leuchtdiode 6 ist mit dem distalen Stirnende des Trägerelements 12 verbunden, insbesondere auf diese Stirnseite aufgelötet. Dabei ist ein elektrischer Anschlusspol der Leuchtdiode 6 mit dem Trägerelement 12 verbunden, während der andere elektrische Anschlusspol für ein Anschlusskabel frei bleibt.
Im Ausführungsbeispiel weist das Trägerelement 12 eine absatzförmige Ausnehmung 13 auf, in deren Bereich die Leuchtdiode 6 mit ihrem einen, freien elektrischen Anschlusspol ragt. Die Stromzuführung erfolgt somit einerseits direkt über das Trägerelement 12 und andererseits über ein elektrisches Kabel 14 (vergleiche 2), das an den anderen, freien Anschlusspol der Leuchtdiode 6 angeschlossen ist. Über dieses Kabel 14 sowie ein weiteres, rückseitig an das Trägerelement 12 angeschlossenes elektrisches Kabel 14a erfolgt die Stromzuführung der Leuchtdiode 6. Die beiden Kabel 14, 14a werden zusammen mit weiteren elektrischen Kabeln, die hier nicht dargestellt sind und zu der eingebauten Kamera 10 führen, rückseitig aus dem Handgriff 2 durch eine Kabelverschraubung herausgeführt.
In 2 und insbesondere 3 ist noch gut erkennbar, dass das Trägerelement 12 eine Längsnut 15 aufweist, in dem das elektrische Kabel 14 geführt ist.
Das Trägerelement 12 weist eine vergleichsweise große Masse auf, so dass die bei der Leuchtdiode 6 entstehende Wärme schnell aufgenommen und abgeführt werden kann. Je nach Leistung der Leuchtdiode 6 und der Größe des Trägerelementes 12 kann die damit erreichte Wärmeableitung zumindest für kürzere Betriebszeiten bereits ausreichen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Trägerelement 12 mit Gehäuseteilen und/oder Einbauteilen des Handgriffs in thermischem Kontakt steht und die bei der Leuchtdiode 6 entstehende Wärme verteilt und/oder abgeführt wird.
Diese Wärmeableitung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Außengehäuse 23 des Handgriffs 2 wie üblich aus Kunststoff besteht und somit eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese ist andererseits erwünscht, da der Handgriff während des Einsatzes des Endoskops von Hand gehalten wird und deshalb eine möglichst geringe Erwärmung der Gehäuseaußenseite im Haltebereich erfolgen soll.
Die innerhalb des Handgriffs 2 entstehende Wärme, insbesondere der Leuchtdiode 6, soll also nur in geringem Maße an den äußeren Haltebereich des Handgriffs 2 weitergegeben werden und anstatt dessen an Stellen weitergeleitet werden, die nicht mit der den Handgriff haltenden Hand in Berührung kommen.
Das stabförmige Trägerelement 12 ist in Längsrichtung beweglich gelagert und rückseitig durch eine Feder 24 abgestützt. Beim Einkoppeln des Sondenteils 3 drückt der abgesetzte Faseroptik-Zapfen 25 des Sondenteils auf die im Handgriff 2 befindliche Leuchtdiode 6, wobei die bewegliche Beleuchtungseinheit mit der LED 6 und dem Trägerelement 12 in einem rohrförmigen Führungsteil 22 gegen die Federkraft ausweicht. In eingekuppelter Lage wird die Beleuchtungseinheit durch den Federdruck konstant auf den Faseroptik-Zapfen 25 gedrückt, so dass eine optimale Lichtübertragung gegeben ist. Außerdem wird auch über diese Kontaktstelle Wärme von der LED auf das Sondenteil 3 abgeführt.
Schließlich ist durch die gefederte Lagerung des Trägerelements 24 sichergestellt, dass die Lichtübertragungs-Endflächen einerseits des Okulars und andererseits des im Zapfen 26 des Sondenteils 3 befindlichen Bildleiterbündels präzise einander zugeordnet sind, beziehungsweise aufeinander aufliegen.
Das Trägerelement 12 ist in einem Halter 16 gelagert, der im wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und eine Bohrung für das Trägerelement 12 sowie eine daneben angeordnete Bohrung für die Okularpatrone 11 aufweist. Dieser Halter 16 bildet auch ein Wärmebrückenteil, über dass die Wärme von dem Trägerelement 12 auf die Okularpatrone 11 übertragen wird.
Koaxial zu dieser Okularpatrone 11 ist rückseitig anschließend eine Kamerabuchse 17 angeordnet, die ebenfalls im thermischem Kontakt mit der Okularpatrone 11 steht und die entstehende Wärme zum rückseitigen Ende des Handgriffs 2 weiterleitet. Rückseitig abschließend befindet sich am Handgriff 2 eine metallische Überwurfmutter 18, die wärmeleitend über eine ebenfalls metallische Haltebuchse 19 mit der Kamerabuchse 17 verbunden ist.
Somit ist, ausgehend von der Leuchtdiode 6, über das Trägerelement 12, den Halter 16, die Okularpatrone 11, die Kamerabuchse 17 und die Haltebuchse 19, eine thermisch leitende Verbindung zu der außenseitig am Handgriff 2 befindlichen, an diesen angeschraubten Überwurfmutter 18 gebildet. Über die Überwurfmutter 18 erfolgt dann eine Wärmeabstrahlung nach außen, wobei sich diese Überwurfmutter 18 außerhalb des Kontaktbereiches beim Halten des Handgriffes 2 befindet.
Die Okularpatrone 11 ist an ihrem distalen Ende mit einer Halteplatte 20 verbunden und diese Halteplatte 20 wiederum mit dem zur Kupplung 7 gehörenden, außenliegenden Verriegelungsteil 5. Dieses Verriegelungsteil 5 ist zwischen einer Offenstellung (4) und einer Schließstellung (5) verschwenkbar und weist einen äußeren, laschenförmigen Fortsatz 21 als Handhabe zum Verdrehen des Verriegelungsteils auf. Das Verriegelungsteil 5 besteht in der Regel aus Metall, so dass auch über dieses Teil eine gute Wärmeabstrahlung nach außen möglich ist.
Der abgesetzte Faseroptik-Zapfen 25 des Sondenteils 3 greift in Kupplungsstellung mit seinem im Durchmesser kleineren, freien Absatz in das rohrförmige Führungsteil 22 des Handgriffs 2 ein und die ringförmige Stirnfläche des Führungsteils 22 liegt an dem im Durchmesser größeren Absatz des Zapfens 25 an. Diese Trennstelle ist so positioniert, dass sie in Schließstellung des Verriegelungsteils 5 von dessen laschenförmigem Fortsatz 21 überrastet und überbrückt wird. Der Fortsatz bildet somit eine weitere Wärmebrücke, über die Wärme von dem Führungsteil 22 auf den Zapfen 25 und damit auf das Sondenteil 3 übertragen und abgeleitet wird.
In Kupplungsstellung des Handgriffs mit dem Sondenteil 3 greift das zur Kupplung 7 gehörende Kupplungsgegenstück 4 des Sondenteils 3 in das Verriegelungsteil 5 des Handgriffs 2 ein, wobei eine bajonettartig ineinandergreifende Verbindung gebildet ist. Damit steht auch das Kupplungsgegenstück 4 des Sondenteils 3 in thermischem Kontakt mit dem Verriegelungsteil 5, so dass auch dieses Teil mit zur Wärmeableitung beiträgt.
Der laschenartige Fortsatz 21 des Verriegelungsteils 5 überrastet in Schließstellung ein hülsenförmiges Führungsteil 22 des Beleuchtungssystems, wobei in diesem Führungsteil das Trägerelement 12 für die Leuchtdiode 8 gelagert ist. Somit erfolgt auch zusätzlich noch über das Führungsteil 22 eine Wärmeübertragung auf den Fortsatz 21 des Verriegelungsteils 5 und damit auch auf dieses selbst.
Die zur Wärmeübertragung und zur Wärmeabstrahlung verwendeten Einbauteile des Endoskops bestehen aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus Metall.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen hinsichtlich der Wärmeübertragung und Wärmeabstrahlung der von der oder den Hochleistungsleuchtdioden erzeugten Wärme sind kompakte und auch miniaturisierte Endoskope realisierbar.

Claims

Endoskop (1) mit einem Handgriff (2) sowie einem damit verbindbaren Sondenteil (3), wobei in dem Handgriff (2) ein Beleuchtungssystem mit wenigstens einer Leuchtdiode (6) sowie ein Videosystem mit einem Bildempfänger angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Leuchtdiode (6) ein innerhalb des Handgriffs (2) angeordnetes Trägerelement (12) aus wärmeleitendem Material vorgesehen ist, mit dem die Leuchtdiode (6) direkt verbunden ist.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) für die Leuchtdiode (6) vorzugsweise aus Kupfer oder aus Aluminium oder dergleichen gut wärmeleitendem Material besteht.
Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) stabförmig ausgebildet ist und sich von der Einbaustelle der Leuchtdiode (6) soweit bis in den rückwärtigen Teil des Handgriffs (2) erstreckt, dass eine zur Kühlung der Leuchtdiode (6) ausreichende Ableit- und Kühlfläche gebildet ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) mit Gehäuseteilen und/oder Einbauteilen des Handgriffs (2) und gegebenenfalls des Sondenteils (3) in thermischem Kontakt steht und dass die Masse und/oder Oberfläche aller thermisch kontaktierter Elemente zur Wärmeableitung und Kühlung der Leuchtdiode (6) vorgesehen sind.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leuchtdiode (6) mit einem Pol ihrer elektrischen Anschlüsse mit dem Trägerelement (12) verbunden, vorzugsweise verlötet ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement (12) und einer Okularpatrone (11) stehender Halter (16) als Wärmebrückenteil vorgesehen ist.
Endoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Okularpatrone (11) koaxial mit einer Kamerabuchse (17) verbunden ist und dass beide Teile zur Wärmeableitung dienen.
Endoskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerabuchse (17) mittels einer rückseitigen Haltebuchse (19) mit einer äußeren Überwurfmutter (18) oder dergleichen Verschraubungsteil in thermischem Kontakt steht.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Handgriff (2) sowie dem Sondenteil (3) eine Kupplung (7) mit bajonettartig ineinander greifenden Kupplungsteilen (4, 5) vorgesehen ist und dass diese Kupplungsteile über eine Halteplatte (20) und den Halter (16) als Wärmebrückenteil mit dem Leuchtdioden-Trägerelement (12) in thermischem Kontakt stehen.
Endoskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kupplungsteile als verdrehbares Verriegelungsteil (5) mit einem äußeren, laschenförmigen Fortsatz (21) als Handhabe zum Verdrehen des Verriegelungsteils (5) ausgebildet ist.
Endoskop nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der laschenförmigen Fortsatz (21) in Schließstellung des Verriegelungsteils (5) ineinander greifende Teile einerseits des Handgriffs (2) und andererseits des Sondenteils (3) überbrückt und thermisch koppelt, insbesondere ein rohrförmiges Führungsteil (22) des Handgriffs (2) zur Lagerung des Trägerelements (12) und einen Faseroptik-Zapfen (25) des Sondenteils (3).