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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 ist, wobei für
die wenigstens eine Leuchtdiode ein innerhalb des Handgriffs angeordnetes
Trägerelement
aus wärmeleitendem
Material vorhanden ist, mit dem die Leuchtdiode direkt verbunden
ist, und wobei das Trägerelement
mit Gehäuseteilen und/oder
Einbauteilen des Handgriffs und des Sondenteils in thermischem Kontakt
steht.
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Aus
der
US 2002/0120181
A1 kennt man bereits ein Endoskop, dass im Inneren seines
mit einem Sondenteil verbindbaren Handgriffs ein Beleuchtungssystem
aufweist. Im Handgriff des vorbekannten Endoskops, das eine optische
Linsenanordnung haben oder auch ein Videosystem mit einem Bildempfänger aufweisen
kann, sind dazu mehrere LED-Leuchtdioden vorgesehen, deren Lichtstrahlen über zugeordnete
Prismen in einen Lichtleiter gelenkt werden, der zum distalen Ende
des Endoskops führt. Die
Umlenkung der von den Leuchtdioden ausgestrahlten Lichtstrahlen
mittels der Prismen erfordert jedoch einen erheblichen Platzbedarf
im Inneren des Handgriffs und zudem ist diese Umlenkung mit einem Verlust
an Lichtleistung verbunden, die nur bei der Verwendung mehrerer
Leuchtdioden nicht ins Gewicht fallen mag. Die Verwendung mehrerer
Leuchtdioden hat aber den Nachteil, dass auch eine entsprechend
erhöhte
Wärmeentwicklung
im Inneren des Handgriffs zu befürchten
ist.
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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.
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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.
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Bei
Einsatz einer Hochleistungs-Leuchtdiode, kurz LED, entsteht unmittelbar
am LED-Chip eine Temperatur, die bei medizinischen Geräten, insbesondere
Endoskopen nicht zulässig
ist.
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Man
hat daher auch bereits ein Endoskop der eingangs erwähnten Art
geschaffen, das einen Handgriff sowie ein damit verbindbares Sondenteil hat
(vgl.
EP 1 875 853
A1 ). In dem Handgriff des vorbekannten Endoskops ist über ein
Videosystem mit einem Bildempfänger
hinaus auch ein Beleuchtungssystem mit einer Leuchtdiode integriert.
Dabei ist die Leuchtdiode in einer Durchgangsöffnung platziert, die in einem
zylindrischen Trägerelement
aus wärmeleitfähigem Material
angeordnet ist. Dieses Trägerelement
ist im Inneren des Handgriffs an halbzylindrischen und in Längsrichtung
miteinander verbundenen Rahmenteilen gehalten, die ebenfalls aus
wärmeleitfähigem Material
hergestellt und am Innenumfang des Handgriffs befestigt sind.
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Ein
vergleichbares Endoskop kennt man auch aus der
EP 1 880 660 A1 . Bei den
letztgenannten Druckschriften handelt es sich um zwar vorangemeldete,
aber nachveröffentlichte
Schutzrechtsveröffentlichungen.
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Es
besteht daher die Aufgabe, 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.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht darin, dass das Trägerelement stabförmig ausgebildet
ist und sich von der Einbaustelle der Leuchtdiode so weit bis in
den rückwärtigen Teil
des Handgriffs erstreckt, dass eine zur Kühlung der Leuchtdiode ausreichende
Ableit- und Kühlfläche gebildet
ist, dass die Masse und/oder Oberfläche aller thermisch kontaktierten
Elemente zur Wärmeableitung
und Kühlung
der Leuchtdiode (6) dienen, dass die wenigstens eine Leuchtdiode
mit einem Pol ihrer elektrischen Anschlüsse mit dem Trägerelement
verbunden ist und dass zwischen dem Handgriff sowie dem Sondenteil
eine Kupplung mit bajonettartig ineinander greifenden Kupplungsteilen
angeordnet ist, welche Kupplungsteile über eine Halteplatte und den Halter
als Wärmebrückenteil
mit dem Leuchtdioden-Trägerelement
in thermischem Kontakt stehen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Endoskop
ist die wenigstens eine Leuchtdiode mit einem Pol ihrer elektrischen
Anschlüsse
mit dem Trägerelement
verbunden. Die Stromzuführung
erfolgt somit einerseits direkt über
das Trägerelement
und andererseits beispielsweise über
ein elektrisches Kabel, das an dem anderen, freien Anschlusspol
der Leuchtdiode angeschlossen ist. Das Trägerelement, das eine vergleichsweise
große
Masse aufweist, kann dadurch die bei der wenigstens einen Leuchtdiode
entstehende Wärme
schnell aufnehmen und abführen.
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 Wärmeaufnahmekapazität hat. Dazu
trägt auch
bei, dass das Trägerelement
stabförmig
ausgebildet ist und sich von der Einbaustelle der LED so weit 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 rückwärtige Raum
des Handgriffs wird somit gut ausgenutzt. Dabei steht das Trägerelement mit
Gehäuseteilen
und/oder Einbauteilen des Handgriffs und des Sondenteils derart
in thermischem Kontakt, so dass die Masse und/oder Oberfläche aller
thermisch kontaktierten Elemente zur Wärmeableitung und Kühlung der
LED dienen können.
Zwischen dem Handgriff sowie dem Sondenteil ist eine Kupplung mit
bajonettartig ineinander greifenden Kupplungsteilen angeordnet,
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.
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Bei
Einsatz und Ausnutzung dieser Kühl-
und Ableitmaßnahmen ist
auch ein Dauerbetrieb der Beleuchtung selbst unter ungünstigen
Umgebungsbedingungen, also erhöhter
Umgebungstemperatur, möglich.
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Versuche
haben gezeigt, dass durch diese Maßnahmen, 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.
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Zweckmäßigerweise
besteht dabei das Trägerelement
aus Kupfer oder aus Aluminium oder dergleichen gut wärmeleitendem
Material.
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Wie
bereits vorerwähnt,
können
die Einbauteile des Handgriffs zur Wärmeableitung der von der LED
erzeugten und in das Trägerelement übertragenen
Wärme benutzt
werden.
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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.
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Weiterhin
kann die Okularpatrone koaxial mit einer Kamerabuchse verbunden
sein, so dass beide Teile zur Wärmeableitung
dienen.
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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.
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Das
außen
am hinteren Ende des Handgriffs liegende Teil ergibt eine gute Abstrahlung
der von der LED über
die Einbau teile weitergeleiteten Wärme nach außen an die Umgebungsluft, wobei
dieser Teil des Handgriffs praktisch außerhalb des Haltebereiches
beim Erfassen des Handgriffes liegt.
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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 Verriegelungsteils 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.
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Die
Verschraubungsteile oder dergleichen am hinteren Ende des Handgriffs
und die Kupplungsteile mit ihrem laschenförmigen Verschlussteil am anderen
Ende bestehen in der Regel aus Metall, wodurch eine gute Wärmeleitung
gegeben ist.
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Zusätzliche
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Endoskops mit einem Handgriff und
einem Sondenteil, die voneinander getrennt dargestellt sind,
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2 eine
Längsschnittdarstellung
eines Handgriffs,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Trägerelementes
und einer damit verbundenen Leuchtdiode,
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Sondenteils und eines zum Teil dargestellten,
vom Sondenteil getrennten Handgriffs und
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Handgriffs mit Blick auf das Kupplungsende
bei geschlossenem Verschlussteil.
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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.
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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.
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In
dem Handgriff 2 befindet sich weiterhin ein Videosystem
mit einer Kamera 10 und einer vorgeschalteten Okularpatrone 11.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 das die Wärme von dem
Trägerelement 12 auf
die Okularpatrone 11 übertragen
wird.
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Koaxial
zu dieser Okularpatrone 11 ist rückseitig anschließend eine
Kamerabuchse 17 angeordnet, die ebenfalls im thermischen
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
zur Wärmeübertragung
und zur Wärmeabstrahlung
verwendeten Einbauteile des Endoskops bestehen aus gut wärmeleitendem
Material, insbesondere aus Metall.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen hinsichtlich
der Wärmeübertragung
und Wärmeabstrahlung
der von der oder den Hochleistungsleuchtdioden erzeugten Wärme sind
kompakte und auch miniaturisierte Endoskope realisierbar.