DE102007046609A1

DE102007046609A1 - Optik für ein elektronisches Endoskop

Info

Publication number: DE102007046609A1
Application number: DE102007046609A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Yamamoto
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: JP4864624B2; US20080080051A1; US8360967B2; JP2008079881A; FR2906618A1

Abstract

Beschrieben ist Optik für ein elektronisches Endoskop, mit einem ersten Rohr (12), in dem ein Bildsensor (8) gehalten ist; einem zweiten Rohr (13); und einem dritten Rohr (14), in dem ein Objektivsystem (7) gehalten ist. Das erste Rohr (12) umfasst ein erstes offenes Ende; ein erstes hermetisch abgedichtetes Ende; und eine metallbedeckte Innenumfangsfläche. Das zweite Rohr (13) umfasst ein zweites offenes Ende; ein zweites, mit einer Decklinse (6) hermetisch abgedichtetes Ende; und eine metallbedeckte Außenumfangsfläche. Das dritte Rohr (14) hat eine reflexmindernd ausgebildete Innenumfangsfläche (14a) und ist in das zweite Rohr (13) eingesetzt. Das zweite offene Ende des zweiten Rohrs (13) ist in das erste offene Ende des ersten Rohrs (12) eingesetzt und mit diesem hermetisch verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Optik für ein elektronisches Endoskop, die am distalen Endoskopende angeordnet ist und eine hohe Haltbarkeit sowie eine gute optische Leistung aufweist.
Im Stand der Technik wird ein Endoskop üblicherweise nach jedem Gebrauch in einem Autoklaven, d.h. einem mit Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks arbeitenden Sterilisator, sterilisiert. Ein solches Endoskop muss deshalb eine gewisse Haltbarkeit gegenüber der Autoklavsterilisation aufweisen.
Um zu verhindern, dass der von dem Autoklaven erzeugte Dampf in ein Objektiv oder zu einer Abbildungsfläche eines Festkörperbildsensors gelangt, ist eine für ein elektronisches Endoskop bestimmte Optik, die sich an dem distalen Endoskopende befindet, mit einem Objektivrohr, in dem eine optische Linsengruppe fest eingesetzt ist, und einem Sensorrohr ausgestattet, in dem der Festkörperbildsensor fest eingesetzt ist. Die genann ten Komponenten sind dabei hermetisch aneinandergefügt, indem ihre metallbeschichteten Abschnitte mit einem schmelzbaren Metall weich- oder hartverlötet sind. Ferner ist an dem distalen Ende des Objektivrohrs eine Decklinse für eine Beobachtungsöffnung angebracht (vergl. JP 2000-60793 und JP 2000-115594 ).
Ein solcher hermetisch abgedichteter Verbindungsabschnitt zwischen dem Objektivrohr und dem Sensorrohr weist eine hohe Haltbarkeit gegenüber dem von dem Autoklaven erzeugten Dampf auf. Die Objektivlinsengruppe und der Festkörperbildsensor, die innerhalb der hermetisch abgedichteten Rohre geschützt sind, werden deshalb durch den von dem Autoklaven erzeugten Dampf nicht beeinträchtigt.
Ist jedoch das Objektivrohr metallbeschichtet und fällt Umgebungslicht außerhalb des für die endoskopische Bildbeobachtung genutzten Lichtes auf den Außenumfangsbereich der Objektivlinse, so wird dieses Umgebungslicht an der Innenumfangsfläche des Objektivrohrs stark reflektiert, wodurch unerwünschtes Streulicht und/oder Reflexbilder entstehen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, für ein elektronisches Endoskop bestimmte, an dessen distalem Ende angeordnete Optik anzugeben, die eine hohe Haltbarkeit gegenüber in einem Autoklaven herrschenden Umgebungsbedingungen sowie eine hohe optische Leistung aufweist und die Entstehung von Streulicht und Reflexbildern vermeidet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Darin zeigen:
1 den Gesamtaufbau eines Endoskops nach einem Ausführungsbeispiel;
2 einen Längsschnitt durch eine für ein Endoskop bestimmte, an dessen distalem Ende angeordnete Optik nach Ausführungsbeispiel; und
3 bis 6 auseinandergezogene Darstellungen, die den Zusammenbau der Optik nach Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau eines elektronischen Endoskops. Wie in 1 gezeigt, ist ein Bedienteil 2 mit einer Befestigung eines flexiblen Einführteils 1, die sich am hinteren Ende des Einführteils 1 befindet, verbunden. Ein mit einem nicht gezeigten Videoprozessor zu verbindendes Anschlusselement 3 ist mit dem distalen Ende eines anschließbaren flexiblen Rohrs 4 verbunden, das an der Rückseite des Bedienteils 2 nahe dessen oberem Ende anschließt.
In einem mit dem distalen Ende des Einführteils 1 verbundenen Endkörper 5 ist neben einer nicht gezeigten, für eine Beleuchtungsöffnung bestimmten Decklinse eine für eine Beobachtungsöffnung bestimmte Decklinse 6 angeordnet. Eine Abbildungsfläche eines Festkörperbildsensors 8 befindet sich in einer Bildposition, in der ein Objektivlinsensystem, das hinter der Decklinse 6 angeordnet ist, ein Objektbild erzeugt. Ein von dem Festkörperbildsensor 8 ausgegebenes Signal wird über ein Signalkabel 9 an einen Signalanschlussteil 10 gesendet.
2 zeigt eine am distalen Ende des Einführteils 1 angeordnete optische Einheit oder Optik, die ausgebildet ist, das Objektivlinsensystem 7 und den Festkörperbildsensor 8 in dem Endkörper 5 zu halten. Ein zum Halten des Festkörperbildsensors 8 bestimmtes Rohr 12, im Folgenden als Sensorrohr bezeichnet, hat ein offenes distales (in 2 unteres) Ende und ein hermetisch abgedichtetes hinteres (proximales) Ende. Das Bezugszeichen 8a bezeichnet die Abbildungsfläche des Festkörperbildsensors 8, das Bezugszeichen 8b eine Decklinse des Festkörperbildsensors 8 und das Bezugszeichen 11 ein Lasersperrfilter.
Ein zum Halten der Decklinse 6 bestimmtes Rohr 13, im Folgenden als Decklinsenrohr bezeichnet, hat ein offenes hinteres Ende, während an seinem distalen Ende die der Beobachtungsöffnung zugeordnete Decklinse 6 hermetisch angebracht ist. Das hintere Ende des Decklinsenrohrs 13 ist in das distale Ende des Sensorrohrs 12 eingesetzt und an dessen Innenumfangsfläche befestigt. Zudem ist ein zum Halten des Objektivlinsensystems 7 bestimmtes Rohr 14, im Folgenden als Objektivrohr bezeichnet, in das Decklinsenrohr 13 eingesetzt und an dessen Innenumfangsfläche befestigt. In dem Objektivrohr 14 ist das Objektivlinsensystem 7 befestigt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 der Zusammenbau der Optik im Einzelnen erläutert. Vor dem Zusammensetzen des Decklinsenrohrs 13 und des Objektivrohrs 14 wird die der Beobachtungsöffnung zugeordnete Decklinse an einer distalen Stirnfläche des Decklin senrohrs 13 angebracht und das Objektivlinsensystem 7 in das Objektivrohr 14 eingesetzt, wie in 3 gezeigt ist.
Das Decklinsenrohr 13 besteht aus einer Legierung wie z.B. einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient so klein wie der der Decklinse 6 ist. Das Decklinsenrohr 13 ist auf seiner gesamten Oberfläche, zumindest jedoch auf seiner Außenumfangsfläche, zweifach plattiert. Dabei liegt eine Oberflächenschicht, z.B. eine Goldschicht mit hoher Korrosionsbeständigkeit, auf einer Trägerschicht, z.B. einer Nickelschicht.
Die Decklinse 6, die an der distalen Stirnfläche des Decklinsenrohrs 13 angebracht ist, hat eine Rückseite 6a, die nach einem an sich bekannten Verfahren metallisiert ist. Die Rückseite 6a der Decklinse 6 ist mittels einer tiefschmelzenden Zinnlegierung hermetisch mit der distalen Stirnfläche des metallbeschichteten Decklinsenrohrs 13 verbunden.
Das Objektivrohr 14 besteht aus einem Metall und ist über seine gesamte Oberfläche, zumindest jedoch über seine Innenumfangsfläche, mit einem mattschwarzen Beschichtungsmaterial, z.B. Chromoxid, bedeckt. Die Innenumfangsfläche des Objektivrohrs 14 hat deshalb ein äußerst geringes Reflexionsvermögen.
Das Objektivlinsensystem 7, das mehrere Linsen aufweist, jedoch in 3 einfach als Einzelkomponente dargestellt ist, wird in dem Objektivrohr 14 befestigt, indem dessen vorderes Ende 14f und dessen hinteres Ende 14r nach innen verstemmt werden. Das Objektivlinsensystem 7 kann jedoch auch in das Objektivrohr 14 geklebt und so darin befestigt werden.
Wie in 4 gezeigt, wird das Objektivrohr 14 mit dem in ihm sitzenden Objektivlinsensystem 7 von hinten in das Decklinsenrohr 13, an dessen distaler Stirnfläche die der Beobachtungsöffnung zugeordnete Decklinse 6 angebracht ist, eingesetzt und mittels eines Klebstoffs an der Innenumfangsfläche 13a des Decklinsenrohrs 13 befestigt.
In diesem Zustand ist es nicht die Innenumfangsfläche 13a des metallbeschichteten Decklinsenrohrs 13, sondern die Innenumfangsfläche 14a des schwarzbeschichteten Objektivrohrs 14, die der Außenumfangsfläche des Objektivlinsensystems 7 zugewandt ist. Ein Strahl, der aus dem Inneren des Objektivlinsensystems 7 auf dessen Außenumfangsfläche gerichtet ist, wird deshalb an der Außenumfangsfläche nur kaum reflektiert.
Eine Innenumfangsfläche 13b am hinteren Ende des Decklinsenrohrs 13 ist zwar in gleicher Weise metallbeschichtet, z.B. goldbeschichtet, wie die anderen Teile des Decklinsenrohrs 13. Indem jedoch der auf die Innenumfangsfläche 13b bezogene Innendurchmesser des hinteren Teils des Decklinsenrohrs 13 gegenüber den anderen Teilen vergrößert ist, kann verhindert werden, dass ein durch das Objektivlinsensystem 7 tretender Strahl auf die Innenumfangsfläche 13b fällt. Außerdem kann auf die Innenumfangsfläche 13b einfach ein schwarzer Überzug aufgebracht werden, so dass die Innenumfangsfläche 13b als reflexmindernde Schicht dient. Wird nur der Innendurchmesser innerhalb der Innenumfangsfläche 13b vergrößert, so kann der schwarze Überzug auf einen exakt definierten Bereich der Innenumfangsfläche 13b aufgebracht werden.
Wie in 5 gezeigt, ist der Festkörperbildsensor 8 in Form eines Blocks ausgebildet, der mit Ausnahme der Abbildungsfläche 8a von einem isolierenden Material, z.B. Keramik, umgeben und am hinteren (in 5 obe ren) Ende des Sensorrohrs 12 durch Weich- oder Hartlöten hermetisch mit dessen Innenumfangsfläche verbunden ist.
Das Sensorrohr 12, das in Form eines einfachen Metallrohrs vorliegt, ist über seine gesamte Oberfläche, zumindest jedoch über seine Innenumfangsfläche, zweifach plattiert. Dabei liegt eine Oberflächenschicht in Form einer Goldschicht, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, auf einer Trägerschicht, z.B. einer Nickelschicht.
Wie in 6 gezeigt, werden das offene distale Ende des Sensorrohrs 12 und das offene hintere Ende des Decklinsenrohrs 13 einander in koaxialer Ausrichtung zugewandt. Wie in 2 gezeigt, wird dann das offene hintere Ende des Decklinsenrohrs 13 in das offene distale Ende des Sensorrohrs 12 eingesetzt. Das Sensorrohr 12 und das Decklinsenrohr 13 werden mit ihren goldbeschichteten Oberflächen in dem Bereich, in dem sie ineinander eingesetzt sind, durch Weich- oder Hartlöten hermetisch miteinander verbunden.
Der Raum, in dem Komponenten wie die Abbildungsfläche 8a des Festkörperbildsensors 8 und das Objektivlinsensystem 7 angeordnet sind, ist durch Weich- oder Hartlöten hermetisch so abgedichtet, dass diese Komponenten durch die in dem Autoklaven herrschenden Umgebungsbedingungen nicht beeinträchtigt werden.
Außerdem wird das Umgebungslicht, das sich zu der Außenumfangsfläche des Objektivlinsensystems 7 hin ausbreitet, an den Teilen des Objektivrohrs 14, auf die das Umgebungslicht mit überwiegender Wahrscheinlichkeit fällt und die mit dem mattschwarzen Beschichtungsmaterial, z.B. Chromoxid, bedeckt sind, nur kaum reflektiert. Auf diese Weise können Streulicht und Reflexbilder vermieden werden.

Claims

Optik für ein elektronisches Endoskop, mit: – einem ersten Rohr (12), in dem ein Bildsensor (8) gehalten ist; – einem zweiten Rohr (13); und – einem dritten Rohr (14), in dem ein Objektivsystem (7) gehalten ist, wobei – das erste Rohr (12) umfasst: ein erstes offenes Ende; ein erstes hermetisch abgedichtetes Ende; und eine metallbedeckte Innenumfangsfläche, – das zweite Rohr (13) umfasst: ein zweites offenes Ende; ein zweites, mit einer Decklinse (6) hermetisch abgedichtetes Ende; und eine metallbedeckte Außenumfangsfläche, – das dritte Rohr (14) eine reflexmindernd ausgebildete Innenumfangsfläche (14a) hat und in das zweite Rohr (13) eingesetzt ist, und – das zweite offene Ende des zweiten Rohrs (13) in das erste offene Ende des ersten Rohrs (12) eingesetzt und mit diesem hermetisch verbunden ist.
Optik nach Anspruch 1, bei der die metallbedeckte Innenumfangsfläche des ersten Rohrs (12) eine Oberflächenschicht aus Gold aufweist.
Optik nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Rohr (12) über seine gesamte Oberfläche metallbeschichtet ist.
Optik nach Anspruch 3, bei der das erste Rohr (12) über seine gesamte Oberfläche eine doppelte Plattierung mit einer Oberflächenschicht aus Gold auf einer Trägerschicht aus Nickel aufweist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das erste hermetisch abgedichtete Ende mit dem Bildsensor (8), der durch Weich- oder Hartlöten mit der metallbedeckten Innenumfangsfläche des ersten Rohrs (12) verbunden ist, hermetisch abgedichtet ist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Außenumfangsfläche des zweiten Rohrs (13) eine Oberflächenschicht aus Gold aufweist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Rohr (13) über seine gesamte Oberfläche metallbeschichtet ist.
Optik nach Anspruch 7, bei der das zweite Rohr (13) über seine gesamte Oberfläche eine doppelte Plattierung mit einer Oberflächenschicht aus Gold auf einer Trägerschicht aus Nickel aufweist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der – die Decklinse (6) eine metallisierte Oberfläche hat, und – das zweite hermetisch abgedichtete Ende des zweiten Rohrs (13) mit der metallisierten Oberfläche der Decklinse (6), die mit einer tiefschmelzenden Zinnlegierung mit dem zweiten hermetisch abgedichteten Ende des zweiten Rohrs (13) verbunden ist, hermetisch abgedichtet ist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Rohr (13) einen ersten Teil auf der Seite des zweiten offenen Endes, in dem das dritte Rohr (13) nicht sitzt, und einen zweiten Teil aufweist, in dem das dritte Rohr (13) sitzt, wobei der erste Teil einen größeren Innendurchmesser als der zweite Teil hat.
Optik nach Anspruch 10, bei der der erste Teil des zweiten Rohrs (13) eine mit einem schwarzen Beschichtungsmaterial bedeckte Innenumfangsfläche hat.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Rohr (13) aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient so klein wie der der Decklinse (6) ist.
Optik nach Anspruch 12, bei der das zweite Rohr (13) aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Innenumfangsfläche (14a) des dritten Rohrs (14) mit einem schwarzen Material bedeckt ist.
Optik nach Anspruch 14, bei der das dritte Rohr (14) über seine gesamte Oberfläche mit dem schwarzen Material bedeckt ist.
Optik nach Anspruch 15, bei der das dritte Rohr (14) aus einem Metall besteht und über seine gesamte Oberfläche mit Chromoxid beschichtet ist.
Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite offene Ende des zweiten Rohrs (13) in das erste offene Ende des ersten Rohrs (12) eingesetzt und durch Weich- oder Hartlöten mit diesem hermetisch verbunden ist.