DE3711223A1

DE3711223A1 - Endoskop

Info

Publication number: DE3711223A1
Application number: DE19873711223
Authority: DE
Inventors: Hisao Yabe; Teruo Eino
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1987-10-15
Also published as: JPH0433209B2; DE3711223C2; JPS6365840A; US4745470A

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop, an dessen Spitze eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung angeordnet ist.

Bei einem bekannten derartigen Endoskop ist in der Spitze nicht nur die Festkörperbildaufnahmevorrichtung angeordnet, sondern es sind dort auch Verstärker bildende elektronische Elemente und andere Teile untergebracht; außerdem sind zahlreiche Kabel dorthin geführt.

In Fig. 2 der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2 41 010/1985 ist ein Endoskop gezeigt, in dessen Spitze axial eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung angeordnet ist, die auf einem Substrat angebracht ist, dessen Breite in diametraler Richtung größer ist als diejenige der Festkörperbildaufnahmevorrichtung, wobei elektronische Elemente und elektrische Leitungen auf derjenigen Seite des Substrates angebracht sind, die der die Festkörperbildaufnahmevorrichtung tragenden Seite gegenüberliegt.

Da die Breite des Substrates größer ist als diejenige der Festkörperbildaufnahmevorrichtung, ergibt sich zwangsläufig auch ein großer Durchmesser der Endoskopspitze. Einem Patienten wird deshalb beim Einführen dieses Endoskops ein größerer Schmerz als notwendig zugeführt.

Die US-PS 44 91 865 beschreibt ebenfalls ein Endoskop, bei dem die Breite des Substrats größer als diejenige der Festkörperbildaufnahmevorrichtung ist, so daß sich die gleichen Nachteile ergeben.

Die US-PS 44 19 391 offenbart ein Endoskop, bei dem die Festkörperbildaufnahmevorrichtung und die dazugehörigen Bildverarbeitungsschaltungen in einer Hülle eingeschlossen sind, so daß auch hier der Außendurchmesser der Endoskopspitze verhältnismäßig groß ist.

Die US-PS 45 73 450 beschreibt ein Endoskop, bei dem die Verstärker und andere elektronische Elemente nicht in der Spitze untergebracht sind und bei dem trotzdem die Festkörperbildaufnahmevorrichtung eine erheblich größere Breite als die tatsächliche Bildfläche aufweist, wobei die Breite des Substrats nicht erkennbar ist. Auch bei diesem Endoskop besteht nicht die Möglichkeit, den Durchmesser der Endoskopspitze möglichst klein zu halten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop anzugeben, dessen Spitze einen geringen Außendurchmesser aufweist, so daß der Anwendungsbereich des Endoskops erheblich erweitert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Endoskop, in dessen Spitze ein eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung tragendes Substrat angeordnet ist, wobei Leiterelemente auf den Flächen des Substrats ausgebildet sind, zumindest ein Teil der Elektroden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung eben mit diesen Leiterteilen ist bzw. von diesen übersteht und die Elektroden und die Leiterteile elektrisch miteinander verbunden sind, während die Festkörperbildaufnahmevorrichtung und das Substrat direkt laminiert, also schichtförmig ausgebildet sind, so daß die Spitze des Endoskops einen geringen Durchmesser aufweisen kann.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Endoskops sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Endoskops geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Endoskopspitze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung der kurzen Achse eines Bildaufnahmeelements des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht von oben auf eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 5,

Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Substrats des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 eine schematische Ansicht der Festkörperbildaufnahmevorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10 eine Schnittansicht der Spitze des Endoskops des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 11 eine Seitenansicht der Spitze des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 12 eine Perspektivansicht eines Substrats des dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Endoskops,

Fig. 13 eine Teilschnittansicht des Substrats und der Festkörperbildaufnahmevorrichtung in Schichtform gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 14 eine Schnittansicht in axialer Richtung einer Endoskopspitze eines Endoskops des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 15 eine Schnittansicht längs der Linie D-D in Fig. 14,

Fig. 16 eine Schnittteilansicht der Anordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 17A u. 17B Teilschnittansichten zur Veranschaulichung der Kabelverbindungen,

Fig. 18 eine Schnittansicht in axialer Richtung eines Endoskops gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie E-E in Fig. 18,

Fig. 20 eine Schnittteilansicht eines Substrats und einer Festkörperaufnahmevorrichtung eines Endoskops gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 21 eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel,

Fig. 22 eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem achten Ausführungsbeispiel,

Fig. 23 eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel,

Fig. 24 eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 25 ein elektrisches Schaltbild eines Endoskops gemäß dem elften Ausführungsbeispiel,

Fig. 26 ein elektrisches Schaltbild für ein Endoskop gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel,

Fig. 27 ein Taktimpulsdiagramm des zwölften Ausführungsbeispiels,

Fig. 28 ein elektrisches Schaltbild für ein Endoskop des dreizehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 29 ein elektrisches Schaltbild für ein Endoskop gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 30 eine Schnittansicht einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung eines Endoskops des fünfzehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 31 eine Schnittansicht der Spitze eines Endoskops des sechszehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 32 eine Seitenansicht der Spitze gemäß Fig. 31,

Fig. 33 eine Schnittansicht längs der Linie F-F in Fig. 31,

Fig. 34 eine vergrößerte Darstellung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung und eines Teiles des Substrats gemäß Fig. 33,

Fig. 35 eine vergrößerte Darstellung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung und eines Teils des Substrats gemäß Fig. 31,

Fig. 36 Ansichten von oben, vorn, seitlich und von unten auf ein Basiselement, an dem ein Festkörperbildaufnahmechip angebracht ist, und

Fig. 37 eine Schnittansicht eines Teiles einer Endoskopspitze eines siebzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt ein Endoskop gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein optisches Objektivsystem 11 und einen Bildaufnahmeteil 12 innerhalb einer Spitze des Endoskops. Das optische Objektivsystem 11 sitzt in einer Linsenfassung 14, die in der Spitze eines zylindrischen Rahmens 13 der Endoskopspitze 10 eingepaßt ist. Dieses optische Objektivsystem 11 wird durch Verschieben des Rahmens 13 in achsialer Richtung fokussiert und mittels einer Schraube 15 provisorisch fixiert, worauf die Linsenfassung 14 und der Rahmen 13 durch Befestigungsmittel, wie Kitt, Kleber oder der dergleichen befestigt werden.

Der Bildaufnahmeteil 12 weist eine parallel zur Längsachse der Endoskopspitze 10 angeordnete Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16, eine an eine Lichtaufnahmefläche dieser Festkörperbildaufnahmevorrichtung angesetztes Prisma 17 und ein mit der Rückseite der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 versehenes Substrat 18 auf. Das Prisma 17 leitet ein optisches Bild von dem optischen Objektivsystem 11 zu der Lichtempfangsseite der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der nicht als Reflexionsfläche verwendete obere Teil des Prismas 17 der Innenumfangsfläche des Rahmens 13 angepaßt.

An dem Substrat 18 sind eine elektronische Einheit 19 und Koaxialkabel 20 zum Aussenden und Empfangen von Signalen zwischen der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 und einer externen Vorrichtung angebracht. Diese Koaxialkabel sind in der Endoskopspitze 10 gebündelt und durch das Einführungsteil des Endoskops eingeführt. Die Bildaufnahmeeinheit 12 ist in dem Rahmen 13 mittels einer Schraube 15 a befestigt und mittels Befestigungsmittel 21 am Basisteil des Rahmens 13 abgedichtet fixiert.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht in Richtung der kurzen Achse der Bildaufnahmeeinheit 12.

In der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 ist ein Halbleiterbildsensorchip 23 als Plättchen auf einen keramischen Träger 22 aufgebondet und das Substrat 18 ist auf der anderen Seite des keramischen Trägers 22 aufgelötet. Der keramische Träger 22 ist ein sogenannter Chipträger, auf dessen Außenflächen Elektroden angebracht sind. Elektroden 24 sind mit dem Chip 23 durch Bonddrähte 28 verbunden. Eine Farbfilteranordnung 25 ist an dem Chip 23 mit einem durch Ultraviolettlicht aushärtbaren Befestigungsmittel oder dergleichen befestigt, insbesondere angeklebt. Außerdem ist der Lichtempfangsteil des Chips 23 mit einem lichtdurchlässigen Kunstharz 26 etwa Acrylharz abgedichtet und an der Oberfläche ist ein Deckglas 27 angeklebt. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann die Farbfilteranordnung 25 ein Gelatinefilter sein. Das lichtdurchlässige Kunstharz kann durch ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt ersetzt werden. In diesem Falle wird für das Deckglas ein hitzebeständiges Glas verwendet und ein dichroitisches Filter dient als Farbfilteranordnung. Außerdem kann als Deckglas 27 ein Infrarotabsorptionsfilter verwendet werden. Weiterhin steht die Möglichkeit das Deckglas 27 mit einer Infrarotstrahlen beeinflussenden Filterschicht oder einer Beschichtung zu versehen, die eine Reflexion von sichtbarem Licht verhindert. Wird in diesem Falle die Beschichtung innen angebracht, dann ergibt sich eine Reduzierung der Haftfähigkeit des lichtdurchlässigen Kunstharzes 26. Es ist deshalb besser, wenn die Beschichtung auf der Außenseite des Deckglases 27 angebracht wird. Das Prisma 17 wird dann an der Außenfläche des Deckglases 27 befestigt, insbesondere angeklebt, angekittet oder anzementiert.

Eine auf dem Keramikträger 22 angebrachte Elektrode 24 ist mit der Rückseite des Chip 23 verbunden, wodurch sich ein Bezugspotential ergibt. Die anderen Elektroden 24 sind mit dem Chip 23 nur durch die Bonddrähte 28 verbunden, so daß über sie die verschiedenen Signale empfangen und ausgesandt werden können. Auch diese Elektroden 24 sind zur Rückseite des Keramikträgers 22 geführt. Dort sind die Leiterteile 29 des Substrats 28 und die Elektroden 24 zur Befestigung miteinander verlötet. An die Stelle der Verlötung kann auch eine Verbindung mittels eines leitenden Befestigungsmittels, wie Kleber oder dergleichen treten.

Das Substrat 18 besitzt Durchgangsöffnungen 30, durch die die entsprechenden Kabel 20 mit ihren Enden eingeführt und verlötet sind. Fig. 3 zeigt, daß die Breite des Querschnitts des Substrats 18 in diametraler Richtung des Endoskops geringer ist als die Breite der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16.

Nach dem Befestigen der Elektroden 24 an dem Substrat 18 wird die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 an den Umfangsflächen mit einem Film 31 mit geringer Luftdurchlässigkeit beschichtet wie Polyvinylidenchlorid, Vinylon, K-beschichtetes Cellophan, Polypropylen, Polyester oder Nylon.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen, daß die Farbfilteranordnung 25 in Richtung der Längsachse der Festkörperbildaufnahmevorrichtung größer und in Querrichtung kleiner ist als das Chip 23. Wie ferner aus Fig. 5 hervorgeht hängt der Bonddraht 28 diagonal zwischen der Elektrode 24 des keramischen Trägers 22 und dem Chip 23. Der Lichtempfangsteil des Chips 23 befindet sich in einem Bereich, wie er durch die strichpunktierte Linie in Fig. 5 angedeutet ist; es kann jedoch auch lediglich ein Teilbereich verwendet werden, wie er durch die zweipunktgestrichelte Linie in Fig. 5 veranschaulicht wird. Der Keramikträger 22 ist an den vier Ecken mit Vorsprüngen 33 versehen, die wie Fig. 6 zeigt, in Kontakt mit dem Deckglas 27 sind, so daß die Parallelität des Deckglas 27 mit der Ebene des Chip 23 sehr gut ist.

Fig. 7 zeigt, daß bei dem Substrat 18 die Leiterteile 29 auf einem Isolationselement 34 aus Kunststoff ausgebildet sind, das in vorbestimmten Abständen mit Durchgangsöffnungen 30 für die Leiter versehen ist. Leiterteile 29 a an den Kanten dieses Substrats sind durch Verlöten mit den entsprechenden Elektroden 24 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 verbunden. Jeder Leiterteil 29 a wird dadurch gebildet, daß das Substrat 18 mit einer Durchgangsöffnung versehen wird und ein Randteil des Substrats 18 abgeschnitten wird, so daß mehr als die Hälfte der Durchgangsöffnung übrigbleibt. Die Leiterteile 29 b, die mit Elementen, wie Transistoren und Kondensatoren verbunden sind, sind auf der Fläche des Substrats 18 angebracht.

Nachstehend wird die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Festkörperbildaufnahmevorrichtung erläutert.

Wie Fig. 8 zeigt, wird als Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 eine sogenannte ladungsgekoppelte Vorrichtung CCD verwendet. Hierzu sind auf der Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 16 eine vertikale Übertragungsvorrichtung CCD 40 und eine horizontale Übertragungsvorrichtung CCD 41 angeordnet, so daß nacheinander in Fotodioden 43 erzeugte elektrische Ladungen übertragen werden. Ein Ladungstor 44 ist zwischen die vertikale Übertragungsvorrichtung CCD 40 und die Fotodioden 43 geschaltet, so daß über einen Ladungstoranschluß LG eine Gleichspannung von +3 V angelegt wird. Die vertikale Übertragungsvorrichtung CCD 40 wird durch Anlegen von Vierphasentaktsignalen Φ V ₁, Φ V ₂, Φ V ₃ und Φ V ₄ erregt und in den Fotodioden 43 erzeugte elektrische Ladungen werden mit einer vorbestimmten Zeitgabe ausgelesen und übertragen. Die horizontale Übertragungsvorrichtung CCD 41 überträgt zeilenweise, die von der vertikalen Übertragungsvorrichtung CCD 40 übertragenen Ladungen. Die horizontale Übertragungsvorrichtung CCD 41 wird durch Vierphasentaktsignale Φ H ₁, Φ H ₂, Φ H ₃ und Φ H ₄ erregt. Am Ausgang der horizontalen Übertragungsvorrichtung CCD 41 liegt ein Ausgangstor 45, an das eine Gleichspannung von +7 V angelegt ist. Die von der horizontalen Übertragungsvorrichtung CCD 41 abgegebenen Signalladungen werden an die Gateelektrode eines Ausgangsfeldeffekttransistors FET 46 angelegt, während die den Signalladungen von den entsprechenden Fotodioden entsprechenden Ausgangssignale der Sourceelektrode des FET 46 zugeführt werden. Über einen Ausgangsdrainanschluß OD wird an die Drainelektrode dieses FET 46 eine Drainspannung angelegt. Die Gateelektrode des FET 46 ist auch mit der Sourceelektrode eines Rückstellungs- FET 47 verbunden. Nach Erzeugung der Ausgangssignale der entsprechenden Fotodioden wird dafür gesorgt, daß die an der Gateelektrode des FET 46 anliegenden elektrischen Ladungen mit einer vorbestimmten Zeitgabe vom Rückstellungsdrainelektrodenanschluß RD über die Drainelektrode des FET 47 abfließen können. An die Drainelektroden der FET 46 und 47 ist jeweils eine Spannung von +16 V angelegt. Ferner liegt eine Spannung von -7 V an einem Schutzmuldenanschluß PT der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16, während eine Spannung von 0 V an einem P-Muldenanschluß PW und einer Spannung von +8 V an einem Substratvorspannungsanschluß SUB für die Erzeugung eines vorbestimmten Bezugspotentials angelegt sind.

In Fig. 9 ist die elektrische Schaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Ein Signalausgang V _out der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 ist mit einem Ausgangspuffertransistor 50 verbunden und über ein Koaxialkabel 51 zu einer nichtgezeigten Schaltung in einem Videoprozessor 62 geleitet. Dieser Ausgangspufferverstärker 50 ist mit einem Widerstand R ₁ und einem Kondensator C ₁ auf dem Substrat 18 angebracht. Ein Kabel 52 ist an einen Rückstellungsanschluß Φ R, Kabel 53, 54, 55 und 56 sind mit Anschlüssen für die horizontalen Treiberimpulse Φ H ₁, Φ H ₂, Φ H ₃ und Φ H ₄ und Kabel 57, 58, 59 und 60 entsprechend mit Anschlüssen für die vertikalen Treiberimpulse Φ V ₁, Φ V ₂, Φ F ₃ und Φ V ₄ verbunden. Zur Aufhebung von Störsignalen ist zu dem Bildsignalkabel 51 ein Blindkabel 61 parallel gelegt. Eine Abschirmungsleitung 57 a für das Kabel 57 wird als Zuleitung für zu übertragende Gleichspannungssignale von +16 V und eine Abschirmungsleitung 59 a des Kabels 59 zur Übertragung von Gleichspannungssignalen von -7 V verwendet. Die Abschirmungen für die anderen Kabel sind mit 0-Volt auf Masse gelegt.

An den Anschlüssen RD und OD der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 liegen über die Abschirmungsleitung des Kabels 57 +16 Volt-Gleichspannung an. Diese +16 Volt-Spannung wird mittels Widerständen R ₂, R ₃, R ₄ und R ₅ geteilt und entsprechend an die Anschlüsse SUB, OG, LG und PW angelegt. Über die Abschirmungsleitung des Kabels 59 liegt am Anschluß PT eine Gleichspannung von -7 V. Kondensatoren C ₁, C ₂, C ₃, C ₄ und C ₅ sind zwischen die Anschlüsse RD, OD, SUB, OG, LG und PT und Erde als Wechselspannungsableitung geschaltet.

Die Kabel 51 bis 61 sind über eine nichtgezeigte Leitung, die durch das Einführungsteil, das Handhabungsteil und eine Universalleitung des Endoskops gezogen ist, an den Videoprozessor 62 angeschlossen.

Bei einem derartigen Endoskop dieses Ausführungsbeispiels wird auf der Lichtempfangsfläche des Bildsensorchips 23 der Festkörperbildempfangsvorrichtung 16 über das optische Objektivsystem 11 und das Prisma 17 ein beobachtetes Bild geformt. Dieses wird durch die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 in eine zeitserielles elektrisches Signal umgewandelt, das über das Koaxialkabel 20 dem Videoprozessor 62 zugeführt wird. In diesem Videoprozessor 62 wird das elektrische Signal durch eine nichtgezeigte Verarbeitungsschaltung verarbeitet, so daß das beobachtete Bild auf einem TV-Monitor dargestellt werden kann.

Nachstehend wird die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielte Wirkung näher erläutert.

Bei dem Endoskop des Ausführungsbeispiels ist in dem Rahmen 13 die Bildeinheit 12, insbesondere das Prisma 17 fixiert und die Linsenfassung 14 kann zur Fokussierung verschoben werden. Das optische System stellt somit eine Einheit dar, die einen stabilen Aufbau besitzt.

Da die Breite des Substrats 18 geringer ist, als diejenige der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 kann der Raum innerhalb der Endoskopspitze 10 vorteilhaft dazu verwendet werden, Bauelemente unterzubringen, so daß der Durchmesser des Endoskops verringert werden kann. Da ferner der elektronische Teil 19 auf dem Substrat 18 zwischen dem Prisma 17 und der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 angeordnet ist, läßt sich die Endoskopspitze verkleinern.

Wird ferner als Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 eine Chipträgervorrichtung verwendet, dann ergibt sich eine weiter verbesserte Packungsdichte mit entsprechender Verkleinerung der Endoskopspitze.

Dies bedeutet, daß bei geringerem Durchmesser der Endoskopspitze auch Einführungswege mit geringerem Durchmesser in Frage kommen, so daß sich der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Endoskops erheblich vergrößert. Wird das Endoskop beim Menschen angewandt, so verringert sich mit kleinerem Durchmesser auch der Schmerz bei der Einführung.

Da ferner die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 an den Seiten mit dem Film 31 beschichtet ist, der luftundurchlässig ist, kann auch eine Sterilisation des Endoskops beispielsweise mit Äthylenoxydgas das lichtdurchlässige Kunstharz 26 und den Chip 23 nicht beeinträchtigen.

Da ferner auf der die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 tragenden Seite des Substrats 18 ein Resistmaterial auf den Elektroden und den Flächen aufgetragen ist, kann zwischen den Flächen und den Elektroden keine Lötbrücke entstehen.

In der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 ist die Länge der Farbfilteranordnung 25 in Längsachsenrichtung größer als diejenige des Chips 23, wobei am keramischen Träger 22 kein Vorsprung an der Stirnfläche in Längsrichtung angebracht ist, so daß es sehr einfach ist, die Farbfilteranordnung zu positionieren. Ferner ist das Drahtbonden am Chip 23 und am keramischen Träger 22 derart ausgeführt, daß sich die gebondeten Anschlußfelder auf beiden Flächen nicht gegenüberliegen, so daß der Abstand zwischen ihnen größer gemacht werden kann, ohne daß eine zu große Lücke entsteht, mit dem Vorteil, daß sich die Bondarbeiten leicht durchführen lassen.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Farbfilteranordnung 25 in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 16 angeordnet; dies ist jedoch dann nicht erforderlich, wenn ein Farbbildungssystem durch Beleuchtungslicht in einer Reihe von Ebenen gebildet wird.

Das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endoskop wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Die gleichen Elemente, die bereits beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erläutert.

Wie Fig. 11 zeigt, sind bei dem Endoskop gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel innerhalb der Endoskopspitze 10 eine Bildaufnahmeeinheit 70 eine Luft- und Wasserzuführeinheit 71, eine Beleuchtungseinheit 72 und ein Instrumentenkanal 73 eingebettet.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht der verschiedenen Einheiten und Elemente.

Die Luft- und Wasserzuführeinheit 71 besitzt eine Düse 74, die an ein Düsenelement 75 angesetzt wird, das die Verbindung zu einem Luft- und Wasserförderkanal 76 herstellt. Der Luft- und Wasserförderkanal 76 ist mit einem Luftförderkanal 77 bzw. einem Wasserförderkanal 78 verbunden. Eine Schraube 79 dient als Stopfen für eine Öffnung beim Arbeiten.

Die Bildaufnahmeeinheit 70 besitzt den gleichen Aufbau wie diejenige des Endoskops des ersten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die Koaxialkabel 20 in einer flexiblen Röhre 20 a gebündelt und durch den Einführungsteil eingeführt sind. Auch wird diese flexible Röhre 20 a durch einen am Rahmen 13 befestigten Schutzschlauch 20 b umgeben.

Die Beleuchtungseinheit 72 besitzt eine in einen zylindrischen Träger 80 eingesetzte Linse 81 und eine hinter der Linse 81angebrachte Lampe 82.

Der Instrumentenkanal 73 wird gebildet durch einen in ein zylindrisches Mundstück 83 eingepaßten Schlauchhalter 84 und einen damit verbundenen Schlauch 85.

Die entsprechenden Elemente sind mittels einer Schraube 86 befestigt und mit einem Befestigungsmittel wie Kleber, Zement, Kitt oder dergleichen abgedichtet.

Der restliche Aufbau bei dem Endoskop dieses Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie diejenige gemäß Fig. 1.

Gegenüber dem Endoskop des ersten Ausführungsbeispiels besitzt das Endoskop dieses Ausführungsbeispiel eine Luft- und Wasserzuführfunktion, eine Beleuchtungsfunktion und einen Instrumentenkanal, so daß es für die verschiedensten medizinischen Behandlungen verwendbar ist.

Weiterhin wird das Endoskop gebildet durch Kombinieren der entsprechenden Funktionen in den entsprechenden Einheiten und es ergibt sich somit eine vereinfachte Montage und Reparaturmöglichkeit.

Die Fig. 12 und 13 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endoskops. Fig. 12 zeigt insbesondere eine andere Ausführungsform des Substrats 18 des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 7. Dieses Substrat 100 wird durch Einlassen von Elektroden 102 aus Leiterteilen in ein Isolierelement 101, etwa aus Kunststoff und von leitenden Elementen in Flächen 103 zum Verbinden der elektrischen Elemente gebildet. In dem Isolierelement 101 sind Durchgangsöffnungen 104 für die Verbindungskabel ausgebildet und die leitenden Flächen 105 werden mittels leitender Farbe nur auf den Oberflächen aufgedruckt. Schaltungsverbindungen sind mit leitender Farbe zwischen den Elektroden 102 und den entsprechenden Flächen 103 und 105 aufgedruckt. Es sei daraufhingewiesen, daß jede Elektrode 102 in eine Vertiefung eingepaßt ist, die stufenförmig in der Kantenfläche des Substrats 100 ausgebildet ist. Fig. 13 zeigt einen Teilschnitt des Substrats 100 und der Festkörperbildaufnahmevorrichtung -des dritten Ausführungsbeispiels in laminarer Ausbildung. Die Stirnfläche der Elektrode 102 auf dem Substrat 100 fluchtet im wesentlichen mit der Stirnfläche des Substrats 100 oder ist geringfügig vertieft und die Elektroden 102 des Substrats 100 und die Elektroden 24 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 sind miteinander durch Löten kontaktiert und verbunden. Das durch die Durchgangsöffnung 104 geführte Kabel ist mit der Fläche 105 durch Löten verbunden.

Da bei diesem Substrat 100 des dritten Ausführungsbeispiels zwischen den entsprechenden Elektroden eine vorstehende Wand 106 verläuft, kann zwischen den Elektroden keine Brücke entstehen, wenn sie mit den Elektroden 24 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 verbunden werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel fällt die Kantenfläche der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 mit der des Substrats 100 zusammen.

Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 14 bis 17 veranschaulicht. Fig. 14 ist ein Schnitt der Endoskopspitze in achsialer Richtung. Fig. 15 ist ein Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 14. Fig. 16 ist eine perspektivische Teilansicht zu Veranschaulichung der positionellen Beziehung der Elektroden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung und des Substrats. Fig. 17A und 17B zeigen jeweils einen Teilschnitt zur Erläuterung der Verbindung des Kabels mit der Substratelektrode. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel sind die entsprechenden Elemente als Einheiten ausgeführt und in ein Metallspitzenelement 107 eingesetzt und dort befestigt. Zuerst wird in einem Abbildungssystem 108 eine Linse 110 in einer Linsenfassung 109 eingesetzt und befestigt und ein Prisma 111 das die optische Achse um einen rechten Winkel ändert, ist an der Einfallsfläche mit der hinteren Seite der Linsenfassung 109 befestigt, etwa angeklebt, angekittet oder dergleichen. Das Prisma 111 liegt mit seiner Ausgangsfläche der Bildaufnahmefläche der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 gegenüber und ist auf dem Deckglas 27 befestigt, etwa angeklebt, anzementiert oder dergleichen. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 sitzt ferner mit ihrer Unterseite auf einem Substrat 112 und ist mit einem Kabel 113 verbunden. Bei dem in den Fig. 14 und 15 gezeigten Abbildungssystem 108 wird die Linsenfassung 109 in eine Öffnung 114 des Metallspitzenelements 107 eingesetzt und dort befestigt. Nun wird die Bildaufnahmefläche 115 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 derart angeordnet, daß sie im wesentlichen die Mittenachse des Endoskops einschließt. Ein Instrumentenkanalsystem 116 besteht aus einem Plastikschlauch 118, in dem eine Metallspiralröhre 117 integriert ist und der eine gute Gleitfähigkeit besitzt. Eine Öffnung 119 ist als Stufe nach innen ausgebildet, so daß sie an der Unterseite des Substrats 12 etwas unterhalb der Mitte des Metallspitzenelements 107 (Fig. 15) verläuft. In der Öffnung 119 ist eine ringförmige Isolationsplatte 120 angeordnet und das Kanalsystem 116 ist darin eingesetzt und befestigt. Bei der Röhre 118 dieses Kanalsystems 116 kann an die Stelle der Metallspiralröhre 117 auch ein Metallstreifen, eine Metallfolie oder dergleichen treten. Für das Einbringen eines derartigen Elements stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung wie integriertes Gießen oder Laminieren. Ein derartiges Metallelement ist nicht in Kontakt mit Bereichen am Innenmantel bzw. am Außenmantel des Kanalsystems 116, es ist mit dem Schaltungsmassepunkt in dem Handhabungsteil verbunden und als nichtleitendes Element bezüglich des Metallspitzenelements 107 ausgebildet.

In dem Metallspitzenelement 107 ist in einer Öffnung ein Lichtführungssystem 121 eingesetzt und befestigt, ferner ein Luft- und Wasserförderröhrensystem 122, während eine Düse 123 an der Spitze derart angeordnet ist, daß sie in Richtung der Linsenfläche des Abbildungssystems 108 gerichtet ist.

Die vorgenannten verschiedenen Elemente sind in das Metallspitzenelement 107 eingesetzt und die Zwischenräume sind mit Befestigungsmittel, wie Kleber, Kitt oder dergleichen gefüllt. Eine zylindrische Ummantelungsröhre 125 ist mit dem Metallspitzenelement 107 verbunden.

Die Beziehung zwischen der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 und dem Substrat 112 bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wird nun nachstehend erläutert. In der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 sind Elektroden 126, 128 und 127 auf drei Seiten sowohl rechts als auch links (Fig. 15) und hinten ausgebildet. Das Substrat 112 steht vorn und hinten und rechts über die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 über und ist nur links innerhalb der Fläche der Festkörperbildaufnahmevorrichtung positioniert. Die Elektrode 126 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung und die Elektroden 129 des Substrats sind miteinander durch Löten verbunden und verbinden das Elektrodenmuster der Festkörperbildaufnahmevorrichtung und der Elektrode des Substrats miteinander auf der linken Seite. Die Elektroden 127 und 128 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung sind hinten und rechts mit Durchgangsöffnungen aufweisenden Elektroden 130 und 131 durch Löten und durch Einsetzen von Kabeln 113 und 132 in die Durchgangsöffnungen verbunden. Die Abschirmung 134 ist von unterhalb dem Substrat mit einer Elektrode 133 verlötet, die auf dem Substrat 112 angebracht ist und rechts in diametraler Richtung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 übersteht. Auf der Unterseite des Substrats sind ferner leitende Flächen zum Verbinden von elektronischen Elementen wie beispielsweise Transistoren und Leitermuster aufgebracht, so daß unter Vermeidung des Kanalsystems die elektronische Einheit 135 verbunden und befestigt ist. Auf dem Substrat 112 sind Leitermuster aufgebracht, die von der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 nach vorn überstehen und zur Verbindung und Befestigung elektrischer Bauteile wie Widerstände oder dergleichen dienen. Es sei daraufhingewiesen, daß diese elektronischen Elemente 135 und 136 und das Kabel 132 derart angeordnet sind, daß ihre Zwischenräume mit Verbindungsmittel, wie Kleber, Zement, Kitt oder dergleichen ausgefüllt sind.

Wie aus Fig. 16 ersichtlich, sind auf der Rückseite der Packung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 kurze Elektrodenmuster 137 und lange Elektrodenmuster 138 aufgebracht. Das Elektrodenmuster 137 ist mit der auf der Seitenfläche des Substrats 112 angebrachten Elektrode in paarweiser Form verlötet. Wie Fig. 17A zeigt, ist dabei gleichzeitig ein Kabel 139 angelötet. Bezüglich des Elektrodenmusters 138 ist das Substrat 112 mit einer Durchgangsöffnung 140 und einer Elektrode 141 versehen und ein Kabel 142 ist durch die Durchgangsöffnung 140 hindurchgeführt und in dieser verlötet, so daß es sowohl mit der Elektrode 138 als auch mit der Elektrode 141 verbunden ist.

Die Fig. 18 und 19 zeigen ein Endoskop gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Endoskop mit Geradausbetrachtung ist, bei der die Bildaufnahmefläche einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung vertikal zur Achse des Endoskops verläuft. Fig. 18 zeigt einen Schnitt in achsialer Richtung, Fig. 19 einen Schnitt längs der Linie E-E in Fig. 18. Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel wird ein Bildaufnahmesystem 153 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 mit dem Substrat 151 laminiert ausgeführt und durch Löten mit einem Kabel 152 verbunden. Das Bildaufnahmesystem 153 wird in einen Rahmen 150 von vorn eingeführt und mittels einer Schraube oder dergleichen von der Seite her positioniert und fixiert, wonach der Rahmen 150 mit einem Verbindungsmittel 154 von hinten gefüllt wird um das Substrat 151, das Kabel 152 usw. festzulegen. Eine Linsenfassung 155 hält ein optisches Objektivsystem 154 und wird vorn in den Rahmen 150 eingesetzt, fokussiert und durch Befestigungsmittel festgelegt. Es sei bemerkt, daß eine Umhüllungsröhre 156 des Endoskopeinführteils am hinteren Ende des Rahmens 150 befestigt ist.

Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel ist die Breite auf derjenigen Seite des Substrats 151, auf der die Elektroden ausgebildet sind, geringer als die Breite der Seite der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16, auf der Elektroden ausgebildet sind. An derjenigen Seite, an der keine Elektrode ausgebildet ist, ist das Substrat 151 breiter als die Festkörperbildaufnahmevorrichtung und an den vier Ecken abgerundet.

Die entsprechenden Elektroden sind miteinander in der gleichen Weise verbunden wie bei den entsprechenden anderen Ausführungsbeispielen.

Fig. 20 zeigt eine Teilschnittansicht zur Erläuterung des sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei nur diejenige Seite gezeigt ist, auf der die entsprechenden Elektroden 24 und 158 der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 116 und des Substrats 157 ausgebildet sind. Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 mit dem Substrat 157 laminiert, also schichtförmig ausgebildet, wobei diejenigen Seiten, auf denen sich die Elektroden 124 und 158 befinden plan zueinander sind. Die beiden Elemente sind mit ihren Seiten miteinander verlötet oder mit einem leitenden Verbindungsmittel verbunden.

Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung und insbesondere den Aufbau und die Anbringung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden nicht auf einem Träger aus Keramik, sondern auf einer Führungsplatte 160 aus Metall angeordnet und der Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip 161 ist auf der Führungsplatte 160 als Plättchen aufgebondet. Die Führungsplatte 160 wird aus einem Metallblech ausgestanzt zu einer Form, bei der eine Elektrode 162 zur U-Form am linken Rand nach unten gebogen wird. Diese Führungsplatte 160 wird in einer Spannvorrichtung gehalten, der Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip 161 wird auf dem mittleren Bereich 163 der Führungsplatte 160 auflaminiert und als Plättchen angebondet und Elektroden des Chip 161 und die Elektroden 162 der Führungsplatte 160 werden miteinander durch Bonddrähte 164 verbunden. Dann wird eine Farbfilteranordnung 165 auf den Chip 161 aufgesetzt und laminiert und mittels eines mit Ultraviolettlicht aushärtbaren Verbindungsmittel befestigt. Nun wird ein Deckglas 166 mittels einer Vorrichtung in einem Abstand über der Farbfilteranordnung 165 gehalten und der den mittleren Bereich 163 der Führungsplatte 160 und die Elektrode 162 umfassende Luftspalt, der zum Deckglas 166 reicht, wird mit einem lichtdurchlässigen Kunststoff 167 gefüllt, wodurch eine einstückige Festkörperbildaufnahmevorrichtung 168 gegossen wird. Damit die Elektrode 162 der Führungsplatte 160 nicht eigens gebildet werden muß, wird der Randbereich der Führungsplatte zur Bildung der Elektrode 162 abgeschnitten.

Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird bei einer derartigen Festkörperbildaufnahmevorrichtung 168 ein Substrat 169 auf die Unterseite des unter der Führungsplatte 160 aufgegossenen Kunststoffs auflaminiert, die Elektroden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 168 werden gegenüber den auf der Seitenfläche des Substrats angeordneten Elektroden 170 angeordnet und beide Elektroden 162 und 170 werden durch Löten miteinander verbunden.

Fig. 22 zeigt eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei jedoch nur der Aufbau der Festkörperbildaufnahmevorrichtung dargestellt ist. Hierbei ist der Festkörperbildaufnahmevorrichtungstip 161 als Plättchen auf den mittleren Bereich 163 der Führungsplatte 160 aufgebondet, die derjenigen des siebten Ausführungsbeispiels entspricht, und mit Bonddrähten 164 verbondet. Die Farbfilteranordnung 165 wird auf den Chip 161 aufgesetzt und damit befestigt. Dann wird die mit dem Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip 161 versehene Führungsplatte 160 auf einem Kunststoff- oder Keramikträger 171 angebracht, und der Zwischenraum wird mit lichtdurchlässigem Kunststoff 172 zur Abdeckung des Chips 161 gefüllt. Nun wird mittels einer Haltevorrichtung oder dergleichen das Deckglas 166 in Position gebracht und der Luftspalt zu diesem Deckglas 166 hin wird mit weiterem lichtdurchlässigen Kunststoff 173 gefüllt. Die beiden Füllungen mit lichtdurchlässigem Kunststoff 172 und 173 haben den gleichen Brechungsindex und Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es kann das gleiche Material für beide Füllungen verwendet werden. Bei der Füllung mit derartigem lichtdurchlässigen Kunststoff ist gewöhnlich auf eine staubfreie Atmosphäre etc. zu achten. Der Zwischenraum kann jedoch mit dem ersten lichtdurchlässigen Kunststoff 172 in einer verhältnismäßig guten staubfreien Atmosphere eingefüllt werden, während das Einbringen des zweiten lichtdurchlässigen Kunststoffs 173 nicht so kritisch ist. Da somit das Arbeiten in staubfreier Atmosphäre bei der Positionierung des Deckglases 166 verringert wird, werden die Arbeitsbedingungen erleichtert und die Herstellungskosten können verringert werden. Auch läßt sich die Parallelität zwischen dem Chip 161 und dem Deckglas 166 auf einfache Weise präzise durchführen und die Ausbeute erhöhen. Innerhalb des staubfreien Raumes ist keine Spritzgußmaschine für das Einfüllen des Kunststoffs erforderlich, denn es genügt ein einfacher Materialspender. Es sei daraufhingewiesen, daß durch das Füllen des Zwischenraumes zum Deckglas 166 hin mit dem zweiten lichtdurchlässigen Kunststoff 173 nicht nur die Planheit leichter zu erreichen ist, als wenn kein Deckglas 166 vorhanden ist, sondern daß sich auch der erste und zweite lichtdurchlässige Kunststoff 172 und 173 nicht voneinander abschält, auch wenn die Umgebungsfeuchtigkeit hoch oder die Temperatur niedrig ist.

Die Führungsplatte 160 kann an dem Träger 171 befestigt werden, bevor der Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip 161 als Plättchen angebondet wird.

Fig. 23 zeigt eine Schnittansicht eines Endoskops gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, jedoch nur den Aufbau der Festkörperbildaufnahmevorrichtung. Durch Einsetzgießen werden ein Träger 174, eine Führungsplatte 175 und eine Elektrode 176 in Kunststoff 177 eingebettet. Dann wird diejenige Fläche der Führungsplatte 175, auf der der Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip 161 als Plättchen aufzubonden ist, geschliffen und plattiert. Der Chip 161 wird auf diese Oberfläche als Plättchen aufgebondet. Die Elektrode 176 und der in den Umfangsbereich des Trägers 174 eingesetzte Chip 161 werden miteinander durch Bonddrähte 164 verbunden. Wie bei dem achten Ausführungsbeispiel wird dann der Zwischenraum mit den lichtdurchlässigen Kunststofffüllungen 172 und 173 versehen.

Es sei bezüglich der Härtung der lichtdurchlässigen Kunststoffe daraufhingewiesen, daß für den ersten lichtdurchlässigen Kunststoff 172 die Härtung bei Normaltemperatur eingeleitet wird, daß er dann aus der staubfreien Atmosphäre genommen werden kann und dann unter Erhitzen aushärtet. Auch kann der erste lichtdurchlässige Kunststoff 172 bei Normaltemperatur mit der Aushärtung beginnen, dann aus der staubfreien Atmosphäre genommen werden, worauf der zweite lichtdurchlässige Kunststoff 173 eingespritzt wird und gleichzeitig mit dem ersten ausgehärtet wird.

Fig. 24 zeigt eine Schnittansicht der zehnten Ausführungsform der Erfindung, jedoch nur den Aufbau der Festkörperbildaufnahmevorrichtung. Wie bei dem neunten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Einsetzgießen der Elektrode 176 und der Führungsplatte 175 in Kunststoff, ein Plättchenbonden des Festkörperbildaufnahmevorrichtungschips 161, ein Verbindung der Elektrode 176 und des Chips 161 miteinander durch die Bonddrähte 164 und ein Anordnen und Befestigen der Farbfilteranordnung 165 auf dem Chip 161. Hierauf erfolgt ein Ausdehnen eines lichtdurchlässigen Kunststoffs 178, wie dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, und eine Aushärtung, so daß das Ganze abgedeckt ist. Der ausgehärtete Kunststoff 178 wird dann geschliffen, so daß sich die gewünschte Form ergibt. Er wird auch an der Bildaufnahmeseite, das heißt auf der dem Chip 161 gegenüberliegenden Seite geschliffen, damit er planparallel zum Chip 161 ist.

Es sei daraufhingewiesen, daß die Arbeiten einschließlich des Ausdehnens und Formens des lichtdurchlässigen Kunststoffs 178 in einem staubfreien Raum durchgeführt werden können und daß das Schleifen des Umfangs und der Oberfläche außerhalb des staubfreien Raums durchgeführt werden kann.

Das elfte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 25 erläutert. Die beim ersten Ausführungsbeispiel bereits vorhandenen Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht näher erläutert.

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 zuzuführende Rückstellimpulse und horizontale Treiberimpulse von dem Videoprozessor 62 durch die Koaxialkabel 52, 53, 54, 55 und 56 zugeführt. Die vertikalen Treiberimpulse verlaufen durch die unabgeschirmten Kabel 57, 58, 59 und 60 vom Videoprozessor 62 aus.

Der Ausgang V _out der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16, der Substratvorspannungsanschluß SUB, der Ausgangstoranschluß OG und der Ladungstoranschluß LG mit einer Gleichvorspannungseinheit in integrierter Schaltung IC 200 verbunden. Dem IC 200 wird von dem Videoprozessor 62 eine +16 V Gleichspannung zugeführt. Außerdem wird in diesem IC 200 ein Bildsignal verstärkt und über das Koaxialkabel 51 zum Videoprozessor 62 geleitet. Vom Videoprozessor 62 wird außerdem eine -7 V-Gleichspannung an den Schutzmuldenanschluß PT der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 angelegt, während der P-Muldenanschluß PW auf 0 V geerdet ist. Die die Gleichspannungen +16 V und -7 V führenden Kabel 201 und 202 sind nicht abgeschirmt. Weiterhin wird ein +V 16-Gleichspannung über das Kabel 201 an den Rückstellungsdrainelektrodenanschluß RD und den Ausgangsdrainelektrodenanschluß OD angelegt.

Bei dieser Ausführungsform werden die zahlreichen auf dem Substrat 18 angebrachten diskreten Elemente wie Transistoren usw. für die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 ersetzt durch eine einzige integrierte Schaltung IC 200, so daß die Bildaufnahmeeinheit verkleinert werden kann.

Da die vertikalen Treiberimpulse und die Gleichstromsignale durch Hochfrequenzstörungen wenig beeinflußt werden, können sie über unabgeschirmte Kabel 57 bis 60, 201 und 202 übertragen werden, so daß der Durchmesser des Kabelbündels und damit auch des Endoskops verringert werden kann.

Die Fig. 26 zeigt das zwölfte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier sind die bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht näher erläutert.

Die der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 zuzuführenden Rückstellimpulse werden vom Videoprozessor 62 über das Koaxialkabel 52 zugeleitet. Wie bei dem elften Ausführungsbeispiel laufen die vertikalen Treiberimpulse über die Kabel 57 bis 60. Die unabgeschirmten Kabel 201 und 202 sind mit dem Ausgangsdrainelektrodenanschluß OD, dem Rückstelldrainelektrodenanschluß RD und dem Schutzmuldenanschluß PT verbunden. Eine +16 V-Gleichspannung wird an die in Rückstelldrainelektrodenanschluß RD und eine horizontale Treiberimpulse erzeugende integrierte Schaltung IC 203 über das Kabel 201 angelegt.

Als horizontale Treiberimpulse werden von dem Videoprozessor 62 über die Kabel 204 und 205 zwei Phasentaktsignale Φ H ₁₂ und Φ H ₃₄ an das IC 203 angelegt. Wie Fig. 27 zeigt werden in dem IC 203 aus diesen Taktsignalen zwei Paare von Taktsignalen Φ H ₁, Φ H ₂, Φ H ₃, Φ H ₄ gebildet, die die gleiche Phase haben, jedoch einen unterschiedlichen Spannungspegel und die den horizontalen Übertragungstaktanschlüssen Φ H ₁, Φ H ₂, Φ H ₃ und Φ H ₄ der Festkörperbildaufnahmevorrichtung zugeführt.

Hierdurch können die Horizontaltreiberimpulsübertragungskabel auf zwei reduziert werden, was wiederum eine Reduzierung des Durchmessers der Endoskopspitze möglich macht.

Das 13. Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 28 erläutert. Die gleichen Elemente der vorhergehenden Beispiele sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Spannungsteilerwiderstände R ₂, R ₃, R ₄ und R ₅ und die Kondensatoren C ₂, C ₃, C ₄ und C ₅ nicht auf dem Substrat 18, sondern in dem Handhabungsteil untergebracht. Die restliche Ausbildung entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wobei jedoch die Kabel 57 bis 60 für die vertikalen Treiberimpulse abgeschirmt sind. Die Spannungsteilerwiderstände R ₂, R ₃, R ₄ und R ₅ und die Kondensatoren C ₂, C ₃, C ₄ und C ₅ sind innerhalb des Endoskophandhabungsteils 208 untergebracht.

In diesem Handhabungsteil 208 wird vom Videoprozessor 62 über ein Kabel 206 eine +16 V-Gleichspannung zugeführt und durch die spannungsteilerwiderstände R ₂, R ₃, R ₄ und R ₅ geteilt und entsprechende Spannungen werden den entsprechenden Anschlüssen der Festkörperbildaufnahmevorrichtung über Koaxialkabel 207 bis 210 zugeführt. Als Fortsetzungen der Kondensatoren C ₂, C ₃, C ₄ und C ₅ dienen die entsprechenden Abschirmungen der Kabel mit entsprechender Gesamtabstimmung.

Da die elektronischen Elemente innerhalb der Endoskopspitze auf ein Minimum reduziert werden können, läßt sich wiederum der Durchmesser dieser Endoskopspitze verringern.

Das vierzehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 29 erläutert.

Wie beim dreizehnten Ausführungsbeispiel sind die Schaltungen für die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 innerhalb des Endoskophandhabungsteils untergebracht, wobei hier Phasenkompensationsverzögerungsschaltungen 211, 212 und 213 für die horizontalen Treiberimpulse und Treiber 214, 215, 216, 217 und 218 vorgesehen sind, die die Signalformen der Treiberimpulse der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 bestimmen und von einer vorbestimmten Spannung erregt werden. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Treiberimpulse über die Kabel 53 bis 56 übertragen.

Wie beim zwölften Ausführungsbeispiel werden vom Videoprozessor 62 Zweiphasentaktimpulse Φ H ₁₂ und Φ H ₃₄ abgegeben und von den Verzögerungsschaltungen 212 und 213 um eine vorbestimmte Dauer verzögert, um dann den Treibern 215, 218 zugeführt zu werden. Die Verzögerung in den Verzögerungsschaltungen 212 und 213 dienen zur Kompensation einer Phasenversetzung der Signale auf Grund der unterschiedlichen Länge des Einführteils für verschiedene Endoskope. Die Taktimpulse Φ H ₁₂ und Φ H ₃₄ werden über die Koaxialkabel 204 und 205 übertragen.

Die über das Koaxialkabel 52 a zu dem Endoskophandhabungsteil 208 laufenden Rückstellimpulse werden an den Rückstellanschluß Φ R der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 über das Koaxialkabel 52 b und über die Verzögerungsschaltung 211 und und den Treiber 214 angelegt.

Bei dieser Ausführungsform wird somit die Anzahl der elektronischen Teile in der Endoskopspitze auf ein Minimum reduziert als auch die Phase der Treiberimpulse kompensiert, was zu einer besseren Bildqualität beiträgt.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Das gesamte Kabelbündel und nicht nur jedes einzelne Kabel kann von einer Abschirmung umgeben sein.

Wie bei dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 30 gezeigt, kann bei der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 die Farbfilteranordnung 25 direkt auf dem Deckglas 27 ausgebildet und mit dem Chip 23 durch Verbindungsmittel befestigt sein.

In diesem Falle kann der Kunststoff 26 auch lichtundurchlässig sein. Der Träger 22 muß nicht aus Keramik bestehen, sondern kann auch aus Kunststoff hergestellt werden. Es sei bemerkt, daß das Farbfilter auf dem Chip 23 auch durch Aufdrucken hergestellt werden kann. In diesem Falle kann das Deckglas 27 eine einfache, ebene, lichtdurchlässige Scheibe sein. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß das Deckglas ersetzt werden kann durch ein Infrarotsperrfilter, ein Tiefpaßfilter oder ein Farbkompensationsfilter. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Dickenrichtungsdimension der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 16 auf ein Minimum reduziert werden.

Die Fig. 31 bis 36 zeigen das sechszehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie Fig. 31 zeigt, ist in einer eine Endoskopspitze 301 bildenden Spitzenfassung 302 in der Nähe des oberen Bereichs ein Instrumentenkanal 303 in einer Kanalröhre 304 ausgebildet und ein Objektivsystem 305 ist unterhalb des Instrumentenkanals 303 angeordnet. Ein Lichtwegänderungsprisma 306 ist bezüglich des einfallenden Lichts hinten längs der optischen Achse dieses Objektivsystems 305 angeordnet. Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung CCD 307 ist derart angebracht, daß der Lichtweg durch dieses Prisma 306 nach unten abgeändert wird, wobei die Abbildungsfläche in der Brennebene des Objektivsystems 305 liegen kann.

Ein Substrat 308 ist unter der CCD 307 angeordnet und elektrische Elemente 309 wie Kondensatoren und dergleichen stehen von der Unterseite des Substrates 308 ab.

Gemäß Fig. 33 sind zu beiden Seiten in horizontaler Richtung des Prismas 306 Lichtleiter 310 vorgesehen. Eine Wasserförderröhre 311 und eine Luftzuführröhre 312 liegen zu beiden Seiten des Instrumentenkanals 303. Fig. 32 zeigt, daß eine Wasserzuführdüse 314 und eine Luftzuführdüse 315 an der jeweiligen Spitze der Wasserzuführröhre 311 und der Luftzuführröhre 312 ausgebildet ist und in Richtung auf die Außenfläche des Objektivsystems 304 ausgerichtet ist. An den Stirnflächen der entsprechenden Lichtleiter 310 sind Lichtverteilungslinsen 316 angesetzt, so daß ein durch das Objektivsystem 305 abzubildendes Objekt beleuchtet werden kann.

Wie Fig. 31 zeigt, ist am hinteren Ende der Oberseite des CCD-Chip 307 ein Substrat 317 aufgestellt und mit einer elektronischen Einheit 309 versehen.

Mit dem hinteren Ende des Substrats 308 und dem oberen Ende des Substrats 317 sind mit Umhüllungsschläuchen 318 umgebene Signaldrähte 219 angelötet, deren andere Enden mit einem nichtveranschaulichten Videoprozessor verbunden sind.

Wie die Fig. 34 und 35 zeigen, ist bei der genannten CCD- Vorrichtung 307 ein CCD-Chip 222 auf der Oberseite eines Trägerelements 220 über eine Verdrahtung 221 angesetzt. Ein Deckglas 223 ist auf der Bildaufnahmefläche dieses CCD-Chips 222 befestigt. Ein Prisma 306 ist an der Oberseite des Deckglases 223 angebracht.

Der Bondfleck des CCD-Chips 222 ist mit einem Bondfleck 225 auf dem Trägerelement 220 über einen Bonddraht 224 verbunden und dann mit undurchsichtigem Kunststoff 226 abgedichtet.

Das Trägerelement 220 und das Substrat 308 sind mehrschichtige keramische Substrate und sind mit einer Verdrahtung 221 an den erforderlichen Stellen versehen wie an der Außenfläche, an inneren Schichtflächen und -Seiten und zwischen den Schichten.

Das Trägerelement 220 ist keine ebene Scheibe, sondern steht abgestuft vorn in dem Bereich des Bondflecks 225 und hinten in dem Bereich des Substrats 317 über.

Die Mehrschichtausführung des Trägerelements 220 und des Substrats 308 ermöglicht es, die Abmessungen des Substrats kleiner zu machen und, wie Fig. 36 zeigt, die externen Elektroden zu verteilen.

Wie Fig. 36A zeigt, sind auf dem Trägerelement 220 15 Bondflecken 225 angebracht. Werden die externen Elektroden 228 mit dem gleichen gegenseitigen Stand auf diese Flecken ausgerichtet, dann ergeben sich beim Verlöten der CCD-Vorrichtung 307 und des Substrats 308 Lötbrücken. Da nur ein Drahtbonden erfolgt, kann der jeweilige Abstand der Bondflecken 225 bis auf etwa 0,2 mm verringert werden, wobei allerdings der jeweilige Abstand der externen Elektroden 228 für ein Verlöten mehr als 0,6 mm betragen muß. Durch Verwendung der Verdrahtung 221 des Bondfleckenbereichs 225 und auf Grund der mehrschichtigen Ausbildung des keramischen Substrats können bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 36A die externen Elektroden 228 in ihrem Abstand größer gemacht werden als die Bondflecken 225 und sie können besser verteilt werden.

Wie Fig. 35 zeigt sind die Bondflecken 225 auf der Endoskopspitzenseite vorgesehen, da die mittels Drahtbondung zu verbindenden Elemente, das heißt die chipseitigen Bondflecken und die trägerelementseitigen Bondflecken 225 sich in seitlicher Richtung unter rechtem Winkel mit der Endoskopachse schneiden, wodurch das Endoskop stärker würde. Bei Anordnung der Bondflecken 225 auf der Rückseite des Endoskops würde der starre Spitzenteil länger. Deswegen sind die Bondflecken 225 nur auf der Spitzenseite angeordnet.

Wie Fig. 36D zeigt, sind andererseits die externen Elektroden 228 auf der Unterseite der CCD-Vorrichtung 307 in Längsrichtung des Endoskops angebracht, so daß die Breite des Substrats 308 in Querrichtung des Endoskops geringer sein kann als die Breite der CCD-Vorrichtung 307 in der gleichen Richtung (Fig. 34), wobei das Substrat 308 und die CCD-Vorrichtung 307 miteinander durch Lötmittel 229 verbunden sind. Fig. 34 zeigt weiter, daß die CCD-Vorrichtung 307 und das Substrat 308 in dem Raum innerhalb der Spitzenfassung 302 auf die tiefstmöglichste Position versenkt sind, so daß sich ein geringer Außendurchmesser des Endoskops ergibt. Dies bedeutet, daß die externen Elektroden 228 nicht unbedingt in der gleichen Richtung auf derjenigen Seite des Substrats verlaufen müssen, auf der die Leiterteile der CCD-Vorrichtung 307 ausgebildet sind, sondern lediglich in Positionen, die den Leiterteilen des Substrats 308 auf der Unterseite der CCD-Vorrichtung 307 entsprechen.

Die CCD-Vorrichtung 307 ist sowohl auf der Unterseite als auch auf der Oberseite mit externen Elektroden 228 versehen, so daß die beiden Substrate 308 und 317 miteinander verbunden sein können. Somit kann der Freiraum in der Endoskopspitze 301 besser dazu verwendet werden, das Endoskop kompakt und klein zu machen.

Es sei bemerkt, daß die Endoskopspitze 301 im Inneren mit einem Spitzenformelement 230 um die CCD-Vorrichtung 307 herum oder dergleichen gefüllt ist.

Fig. 37 zeigt einen wesentlichen Teil des siebzehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich wiederum auf eine mehrschichtige Keramiksubstratanordnung mit einer CCD-Vorrichtung 307 und einem Substrat 308 gemäß dem sechszehnten Ausführungsbeispiel.

Insbesondere haben die entsprechenden das Mehrschichtkeramiksubstrat bildenden Schichten unterschiedliche Breiten in Querrichtung des Endoskops derart, daß die Schichten um so kleiner sind je weiter sie von der Endoskopmitte entfernt und je näher sie der Außenseite sind. Hierdurch können die CCD-Vorrichtungen 307 und 308 bezüglich der Horizontalen so tief als möglich angeordnet werden, wie dies Fig. 37 zeigt, und der Durchmesser der Endoskopspitze kann kleiner sein.

Die Breite der unteren Fläche der CCD-Vorrichtung 307 ist geringer als diejenige des CCD-Chips 222. Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 220 größer als das CCD-Chip 222 jedoch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Teil der Unterseite des Chips 222, der nicht in Kontakt mit dem Trägerelement 220 ist, kleiner als das Trägerelement 220.

Es sei daraufhingewiesen, daß die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele auch zu anderen Ausführungsformen kombiniert werden können.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit ein Endoskop geschaffen, das in seiner Spitze eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung aufweist, wobei der Bildaufnahmeteil kleiner gestaltet ist und die Verwendungsmöglichkeiten erheblich erweitert werden. Bei geringerem Durchmesser des Einführteils des Endoskops werden auch die Schmerzen des Patienten reduziert und das Endoskop kann bei Öffnungen mit geringeren Durchmesser angewandt werden.

Claims

1. Endoskop mit einem in der Spitze eines in eine Körperhöhle oder dergleichen einführbaren langen Einführteils angebrachten Objektivsystem, einer mit seiner Bildaufnahmefläche in der Brennebene des Objektivsystems angeordneten Festkörperbildaufnahmevorrichtung als fotoelektrischer Wandler und einem die Festkörperbildaufnahmevorrichtung tragenden Substrat, auf dem Leiterteile angebracht sind, die elektrisch mit den Elektroden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile (29, 29 a; 102; 129; 158; 162; 170; 176) auf zumindest einer Kantenfläche des Substrats (18; 101; 112; 169; 171; 177) sind und daß die Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16; 161) derart an das Substrat angesetzt ist, daß in zumindest einem Randbereich der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16; 168) angeordnete Elektroden (24; 127; 138) den Leiterteilen (29, 29 a; 102; 129; 158; 162; 170; 176) benachbart sind, wobei seitliche Teile (29 a; 102; 129) der Leiterteile derart zurückversetzt sind, daß sie gerade unterhalb der Elektrodenpositionen liegen.

2. Anspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche der Festkörperbildvorrichtung (16; 168) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Endoskops verläuft, daß die Drahtbondung (28; 164) der Festkörperbildaufnahmevorrichtung an denjenigen Kanten derselben erfolgt, die im rechten Winkel zur Längsachse des Endoskops verlaufen und daß zumindest ein Teil der Elektroden (24; 127; 138) der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16; 164) im wesentlichen längs der Längsachse des Endoskops angeordnet sind.

3. Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (24) der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16) auf der Unterseite eines Trägers (22; 112) der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16; 164) angeordnet und mit den Leiterteilen (29; 102; 129) des Substrats (18; 101; 112; 158; 162; 170; 176) verbunden sind.

4. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite in Leiterteilrichtung der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (z. B. 16) größer ist als die Breite des Substrats (18) in Leiterteilrichtung.

5. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Teile (136) auf dem Substrat (18) auf der die Festkörperbildaufnahmevorrichtung (16) tragenden Seite angeordnet sind.

6. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmefläche der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (z. B. 16) in einer Ebene liegt, die im wesentlichen durch die Mittenachse des Endoskops verläuft.

7. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zumindest an einer Kantenfläche angebrachten Leiterteilen (102) vorgesehen sind, zwischen denen Isolierstege (106) zur Verhinderung eines Kurzschlußes zwischen benachbarten Leiterteilen (102) verlaufen.

8. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Mittenposition der Bildaufnahmefläche der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (307) exzentrisch zur Mittenachse des Endoskops liegt und daß auf der anderen Seite der Mittenachse ein Beleuchtungslichtleiter angeordnet ist.

9. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (308) ein mehrschichtiges keramisches Substrat ist.

10. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperbildaufnahmevorrichtung (307) ein mehrschichtiges keramisches Substrat ist.

11. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein mehrschichtiges Keramiksubstrat (308) und die Festkörperbildaufnahmevorrichtung ein mehrschichtiges Keramiksubstrat (307) sind.

12. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Abstand zwischen benachbarten Elektroden (228) des mehrschichtigen Keramiksubstrats (307), die mit ihren anderen Enden mit Bondanschlußfeldern eines Festkörperbildaufnahmevorrichtungschips (222) verbunden sind und mit der Substratseite in Verbindung stehen, größer ist als der jeweilige Abstand der Anschlußflecken (225) des Festkörperbildaufnahmevorrichtungchips (222).

13. Endoskop nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Substratseite zu verbindenden Elektroden (221) unter Verwendung des mehrschichtigen Keramiksubstrats (308) verteilt angeordnet sind.

14. Endoskop nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrschichtige keramische Substrat (308) zum Innenmantel (302) der Endoskopspitze hin abgestuft verjüngt ist.

15. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile der Festkörperbildaufnahmevorrichtung (168), mit denen die Festkörperbildaufnahmevorrichtung als Plättchen verbondet sind, und die Leiterteile (162) aus der gleichen Metallplatte (160) gebildet sind.

16. Endoskop mit einem in der Spitze eines in eine Körperhöhle oder dergleichen einführbaren langen Einführteils angebrachten Objektivsystem, einer mit seiner Bildaufnahmefläche in der Brennebene des Objektivsystems angeordneten Festkörperbildaufnahmevorrichtung als fotoelektrischer Wandler und einem die Festkörperbildaufnahmevorrichtung tragenden Substrat, auf dem Leiterteile angebracht sind, die elektrisch mit den Elektroden der Festkörperbildaufnahmevorrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperbildaufnahmevorrichtung (307) aufweist
ein Trägerelement (220) mit Leiterelementen (221);
einen als Plättchen auf das Trägerelement aufgebondeten Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip (222);
eine die Bildaufnahmefläche des Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip abdeckende und daran befestigte durchsichtige Platte (223);
Bonddrähte (224), die Anschlußfelder des Festkörperbildaufnahmechips (222) mit denjenigen des Trägerelements (220) verbinden und
eine undurchsichtige Kunststoffabdichtung (226), die die verbindenden Bonddrähte (224) an den Seiten der transparenten Platte (223) abdichten.

17. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbfilteranordnung (25; 165) zwischen dem Festkörperbildaufnahmevorrichtungschip (222) und der transparenten Platte (223) angeordnet ist.