DE102011011638A1

DE102011011638A1 - Leiterbahn für die Verdrahtung elektronischer Komponenten in der Endoskopie

Info

Publication number: DE102011011638A1
Application number: DE201110011638
Authority: DE
Inventors: Anton Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23
Also published as: WO2012110264A1

Abstract

Bei der dreidimensionalen Endoskopie, die bei Triangulationssystemen neben der Abbildungsfunktion auch die Projektion eines Musters beinhalten muss, wird idealerweise ein Gesichtsfeld benötigt, welches den vollen Umfang von 360 Grad überstreicht. Durch elektrische Verbindungsleitungen wie z. B. Flachbandkabel (14) wird dieses Gesichtsfeld teilweise abgeschattet. Um diese Abschattung zu vermeiden wird ein Endoskop (1) vorgeschlagen, bei dem die Verbindungsleitungen (3) zwischen auf der Kamera (2) und Projektor (5) verbindenden Optik, z. B. ein Glashohlzylinder (8) angebracht sind, wobei die Verbindungsleitungen (3) aus einem transparenten leitenden Material bestehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leiterbahn für die Verdrahtung elektronischer Komponenten in der Endoskopie gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Endoskope oder auch Messsysteme zum Scannen des menschlichen Gehörganges unterliegen extremen Randbedingungen hinsichtlicht des Platzbedarfs für optische Komponenten und elektrischen Zuführungen von Signalleitungen oder Spannungsversorgung. Dieses Problem verschärft sich entsprechend bei der dreidimensionalen Endoskopie, die bei Triangulationssystemen neben der Abbildungsfunktion auch die Projektion eines Musters beinhalten muss.
Das Problem der elektrischen Verdrahtung in einem Endoskop ist noch nicht hinreichend gelöst: Die Problematik liegt darin, dass das Messfeld oder das Blickfeld nicht durch die Verdrahtung von in das Endoskopsystem eingebauten Kameras beschnitten werden soll. Für die Messung oder Beobachtung zylindrischer Hohlräume wird idealerweise ein Gesichtsfeld benötigt, welches den vollen Umfang von 360 Grad überstreicht. Für den Fall, dass ein 3D-Messkopf zum Beispiel einen Projektor und eine Kameraeinheit besitzt, welche hintereinander oder diametral angeordnet sind werden entlang des Messkopfes immer elektrische Leitungen liegen müssen. Ein Beispiel für die Abschattung 12 durch Flachbandkabel 14 zeigt die 1.
Folgender Stand der Technik ist bekannt:
Verdrahtung mit Flachbandkabel 14, wobei 10 Drähte mit jeweils 100 μm Durchmesser parallel zur optischen Achse entlang des äusseren Mantelfläche eines zylinderförmigen Körpers geführt werden, siehe dazu die 2. Bei einem Umfang von 11 mm ergibt sich dadurch eine Abschattung des Gesichtsfeldes um nahezu 10%.
Ein möglicher Lösungsansatz zur Minimierung der Abschattung geht auf ein spinnennetzförmiges Aufziehen der Drähte und Umhüllen des zylinderförmigen Messkopfes zurück. Ziel ist es die großflächige Abschattung 12 in mehrere kleinflächige Abschattungen zu zerlegen, um für nachgeschaltete Bildverarbeitungsmaßnahmen (z. B. 3D-Rekonstruktion) eine «lückenlosere» Ausgangssituation zu haben. Bei diesem Lösungsansatz entsteht fertigungstechnisch ein erheblicher Aufwand, da es keine entsprechende automatisierte Fertigungseinrichtungen gibt und eine händisch durchgeführte «Spinnenverdrahtung» bei den sehr geringen Dimensionen von endoskopischen Messköpfen sehr schwierig durchführbar ist. In beiden Fällen sind sehr hohe Fertigungskosten zu erwarten, die sich wiederum preislich ungünstig auf die Kosten eines Endoskops auswirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abschattung und damit das eingeschränkte Gesichtsfeld oder bei dreidimensionalen endoskopischen Messköpfen das eingeschränkte Messfeld zu beseitigen, wobei diese Beseitigung konstruktiv einfach und somit preislich günstig vorgenommen werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Dadurch dass
die Verbindungsleitungen auf einer Kamera und Projektor optisch verbindenden Optik (8 in 3) angebracht sind, wobei die Verbindungsleitungen (7 in 3) aus einem transparenten leitenden Material bestehen.
ergeben zusätzlich sich die folgenden Vorteile:

i) Falls bereits eine geeignete Glasoberfläche im Optikdesign oder ein Schutzglas eines Endoskops vorhanden ist, können diese mit dem transparenten leitfähigen Material beschichtet werden, um die elektrischen Funktionen zu realisieren.
ii) Es ist im vorstehenden Fall i) auch möglich, dass Glasoberflächen gezielt in der Optik (= Optikdesign) eingebaut werden, um eine elegante Lösung für Strom oder Spannungszuleitungen zu generieren.
iii) Im Bereich der sog. Kapselendoskopie (Kapselförmiges Endoskop im Körper des Menschen), die über eine drahtlose Kommunikation mit einem Externen Sensor oder Empfänger kommuniziert ist können die transparenten leitfähigen Leitungen zusätzlich als Antenne fungieren, um zusätzliche Antennenlänge oder Signalstärke zu erzielen.

Die vorgenannte Optik ist vorzugsweise als zylindrischer Glasmantel oder als Glashohlzylinder ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Abschattung durch Flachbandkabel im Projektorbereich und Kamerabereich;
2 Abschattung des Gesichtsfeldes durch Flachbandkabel;
3 mit transparenten Leiterbahnen versehender Glaszylinder;
4 Endoskop enthaltend einen mit transparenten Leiterbahnen versehender Glaszylinder.
4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Schnittdarstellung 11 durch das Messvolumen. Darin enthalten ist ein Endoskop 1 (auch Messkopf 1 genannt). Dieser Messkopf 1 bzw. ein hier genanntes Endoskop 1 enthält eine Kamera 2 und einen Projektor 5. Die Kamera 2 – auch Messkamera 2 genannt – und der Projektor 5 sind optisch und mechanisch mit einem Glashohlzylinder 8 verbunden.
Die Versorgungsleitungen 4 für den Projektor 5 sind auf die übliche Weise ausgeführt.
Die Verbindungsleitungen 7 sind wie folgt zur Kamera 2 geführt. Auf dem Glashohlzylinder 8 sind voneinander isoliert elektrisch leitende transparente Materialien angebracht. Diese transparenten Materialien ermöglichen als transparente flächige Elektrode die Schaltfunktion bei Displays: Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen Pixelelektrode und transparenter Gegenelektrode zur Steuerung der Helligkeit eines Pixels. Bei Solarzellen bildet die transparente Elektrode das Eintrittsfenster für das Sonnenlicht, um in der PN-Schicht der „Photodiode” Ladungsträger zu erzeugen. Bekannt ist aus der Mikroskopie auch die Anwendung transparenter Leiter zur Herstellung von optisch durchlässigen Heiztischen in der Mikroskopie. Optisch transparente Leiter liegen stofflich im Bereich der Oxide (TCO; Transparent Conductive Oxide). Das bekannteste und häufig angewandte Oxid ist Indium-Zinn-Oxid (ITO). ITO besitzt eine sehr hohe Ladungsträgerkonzentration von rund 10²¹/cm³) und somit einen geringen Widerstand von 3,5·10^–5 Ωcm. Eisen liegt im Vergleich dazu bei 1·10^–5 Ωcm, ist also nur 3,5-fach besser in der Leitfähigkeit. Die Optische Transparenz liegt über den gesamten optisch sichtbaren Spektralbereich bei nahezu 90%. Weiter nach aussen setzen sich die vorgenannten transparenten Verbindungsleitungen 7 als in der üblichen Weise ausgeführten Versorgungsleitungen 3 fort.
Die Leiter 7 können über Aufdampfprozesse mit geeigneten Masken auf dem optischen Glas erzeugt werden. Typischerweise liegt die Dicke der Schicht bei ca. 300 nm.
Die transparenten Leiterbahnen 7 können wie folgt auf den Glashohlzylinder 8 aufgebracht werden:

i) Die ganze «Röhrchenoberfläche» (= Oberfläche des Glashohlylinders 8) des Endoskops wird bedampft. Anschließend wird durch Laser-Ablation strukturiert, um die transparenten Leiterbahnen 7 zu erzeugen.
ii) Ein weiterer Herstellprozess kann auf der Basis von leitenden transparenten Folien ablaufen. Eine Trägerfolie wird mit TCO beschichtet und über einen Klebeprozess z. B. im inneren des Röhrchenmantels eingeklebt. Dadurch kann die Biokompatibilität der Endoskopoberfläche gesichert werden.

Im Bereich der sog. Kapselendoskopie (Kapselförmiges Endoskop im Körper des Menschen), die über eine drahtlose Kommunikation mit einem Externen Sensor oder Empfänger kommuniziert ist es denkbar, dass die transparenten leitfähigen TCO-Schichten 7 als Antenne fungieren um zusätzliche Antennenlänge oder Signalstärke zu erzielen.
Für einen Kamerachip sind typischerweise acht Versorgungs- und Signalleitungen 7 erforderlich.
Das vorgenannte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Anordnung, bei der die Kamera 2 am Ende des Endoskops 1 angebracht ist. Mit einer z. B. als Glashohlzylinder 8 ausgeführten Optik 8 ist es auch möglich, dass der Projektor 5 am Ende des Endoskops 1 angebracht ist. Durch diese Vertauschung von Projektor 5 und Kamera 2 ändert sich der Erfindungsgedanke nicht, denn ein Gesichtsfeld mit vollem Umfang von 360 Grad wird in der hier betrachteten Anwendung nicht nur für das Erfassen eines Bildes durch die Kamera 2, sondern auch für die Projektion eines Musters mittels des Projektors 5 benötigt.
Bezugszeichenliste

1: Messkopf, Endoskop
2: Kamera, Kamerachip
3: Versorgungsleitungen Messkamera bzw. Kamera
4: Versorgungsleitungen Projektor
5: Projektor
7: transparente Leiterbahn; transparente leitfähige TCO-Schichten, transparenter Leiter
8: Glashohlzylinder, zylindrischer Glasmantel, Optik
10: Messobjekt Hohlraum
11: Schnitt durch das Messvolumen
12: Abschattung durch Flachbandkabel im Projektorbereich und im Kamerabereich
13: Projizierte Farbringe
14: Flachbandkabel
TCO: Transparent Conductive Oxide
ITO: Indium-Zinn-Oxid

Claims

Endoskop (1) zur Betrachtung oder dreidimensionalen Vermessung eines Objekts in einem Messvolumen umfassend – einen Projektor (5) zur Projektion eines Musters auf das zu betrachtende Objekt; – eine Kamera (2) und – Verbindungsleitungen (7) zwischen Kamera und Projektor; dadurch gekennzeichnet dass, die Verbindungsleitungen (7) auf einer Kamera (2) und Projektor (5) verbindenden Optik (8) angebracht sind, wobei die Verbindungsleitungen (7) aus einem transparenten leitenden Material bestehen.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die mechanisch Verbindende Optik (8) ein zylindrisches Glasröhrchen (8) ist.
Endoskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente leitende Material ein «Transparent Conductive Oxid» ist.
Endoskop (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (7) durch Kleben einer transparenten leitenden Folie gebildet werden.
Endoskop (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (3) durch Aufdampfen und anschliessend durch Laser-Ablation strukturiert sind.