Brevet FR2606623A1 — publié le 19880520

-1-: Ensemble optique pour endoscope, endoscope correspondant et procédé d'assemblage d'un tel endoscope. Cette invention se rapporte aux endoscopes et à un en- semble optique destiné à être utilisé comme relais optique d'un endoscope. On connait des endoscopes destinés à être utilisés pour observer des objets inaccessibles à travers des trous et qui possèdent une tige tubulaire présentant elle-même une première extrémité destinée à être insérée dans le trou, un système optique à objectif à la première extrémité de la tige, pour regarder un objet, un oculaire situé à la deuxième extrémité de la tige, et un faisceau à fibres optiques destiné à con- duire la lumière le long de la tige, d'une source lumineuse jusqu'à la première extrémité de la tige pour éclairer l'ob- jet. Il est également connu que ces endoscopes comprennent un relais optique destiné à relayer la lumière du système objec- tif à l'oculaire de telle manière que l'objet puisse faire son image dans l'oculaire. Il est connu que ces relais opti- ques comprennent des lentilles qui sont logées dans un tube à lentilles et sont espacées les unes des autres par des entretoises tubulaires à travers lesquelles s'étend le trajet optique. Le tube à lentilles est alors ajusté à glissement dans un tube à fenêtre présentant une fenêtre à travers la- quelle le système objectif peut regarder l'objet, et le tube à fenêtre est à son tour logé dans la tige de telle manière que le faisceau de fibres optiques occupe un conduit défini par la surface extérieure du tube à fenêtre et par la surface intérieure de la tige. Lorsqu'on étudie un endoscope de ce genre, les critères de l'étude consistent généralement à réaliser une optique d'une haute résolution, avec une grande intensité d'éclairage de l'objet, une grande résistance mécanique et une haute rigidité, et une bonne facilité d'entretien. Bien que chacun de ces attributs puissent être améliorés par un agrandisse- ment de l'aire de section transversale ou des dimensions des composants, par exemple en utilisant des lentilles plus grandes, ou un plus grand nombre de fibres optiques, il y a -2- une condition qui surpasse toutes les autres et qui consiste en ce que le diamètre extérieur de la tige ne doit absolument pas être supérieur à la dimension du trou à-travers lequel la tige doit passer, de sorte qu'on est contraint d'accepter un compromis dans le choix des dimensions des composants. Un autre problème qui se pose dans le cas de ces endos- copes, qui doivent être fabriqués en toute une gamme de lon- gueurs, consiste en ce que l'assemblage exige que les len- tilles et les tubes d'entretoises soient glissés en posi- tion dans le tube à lentilles et on a constaté que ce mouve- ment de glissement entraîne une contamination de l'espace contenu dans l'ensemble optique parce que, pendant le glis- sement, il se produit un effet de raclage. Cette contamina- tion s'accentue avec l'accroissement de la longueur de l'endoscope. Selon la présente invention, on décrit un ensemble optique destiné à être utilisé comme relais optique dans un endoscope, dans lequel une pluralité d'éléments optiques sont maintenus espacés par des entretoises tubulaires à travers lesquelles passe le trajet optique, les entretoises comprenant des formations servant à assemblerles entretoises adjacentes et à loger les éléments optiques, de telle manière que les entretoises et les éléments optiques forment un en- semble autoporteur. Un avantage d'un tel ensemble optique consiste en ce que le mouvement de glissement des organes est réduit à un minimum pendant l'assemblage et que chaque entretoise tubulaire est accessible pour pouvoir être nettoyée intérieurement avant d'être assemblée à l'élément optique ou à l'entretoise sui- vante, quelle que soit la longueur de l'endoscope qu'il s'agit d'assembler. Les formations comprennent de préférence des parties mâles et femelles de chaque entretoise, ces parties s'accou- plant avec des parties des entretoises adjacentes qui coopè- rent entre elles. Chaque entretoise comprend de préférence un tube d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, le diamètre du -3- tube étant étagé selon un épaulement annulaire de telle manière qu'il se forme une partie mâle d'un côté de l'épau- lement et une partie femelle de plus grand diamètre de l'autre côté de l'épaulement, le diamètre extérieur et le diamètre intérieur des parties mâle et femelle respective- ment étant de nature à établir un assemblage à ajustement glissant entre les parties des entretoises adjacentes qui coopèrent entre elles. Selon un autre aspect de l'invention, on décrit un endoscope destiné à être utilisé pour observer des objets inacessibles à travers un trou, comprenant une tige tubu- laire qui présente une première extrémité destinée à être insérée dans un trou en utilisation, des moyens formant objectif situés à la première extrémité de la tige pour regarder un objet, des moyens de formation de l'image situés à la deuxième extrémité de la tige, et des moyens formant relais optique, pour conduire la lumière des moyens formant objectif aux moyens de formation de l'image de telle manière que les moyens de formation de l'image puissent former l'image de l'objet, endoscope dans lequel les moyens formant relais comprennent un ensemble optique tel que celui décrit plus haut. L'endoscope comprend de préférence des moyens à fibres optiques servant à conduire la lumière venant de la tige d'une source lumineuse jusqu'à la première extrémité de la tige pour éclairer l'objet. L'ensemble optique est avantageusement logé dans un tube à fenêtre qui présente une fenêtre à travers laquelle les moyens formant objectif peuvent regarder un objet, l'ensemble optique est à ajustement glissant dans le tube à fenêtre et les moyens à fibres optiques occupent un conduit défini par la surface extérieure du tube à fenêtre et la surface inté- rieure de la tige. Le tube à fenêtre peut avantageusement être en contact avec un côté de la tige, de sorte que le conduit possède une forme de croissant en coupe transversale. En variante, l'ensemble optique peut être logé dans la -4- tige et les moyens à fibres optiques peuvent occuper un conduit défini par la surface extérieure de l'ensemble optique et la surface intérieure de la tige, lesdits moyens à fibres optiques comprenant un faisceau de fibres optiques contenu dans une gaine flexible. La gaine est de préférence faite d'une matière à faible coefficient de frottement. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé d'assemblage d'un endoscope possédant un ensemble optique tel que celui décrit plus haut, qui comprend les phases consistant à monter un ensemble optique dans une par- tie femelle d'une première entretoise, monter une partie mâle d'une autre entretoise dans la partie femelle de la première entretoise, avec une couche d'adhésif entre ces éléments, monter un autre élément optique dans la partie femelle de l'autre entretoise, et ajouter d'autres entre- toises additionnelles et d'autres éléments optiques addi- tionnels de la même façon, selon le besoin pour former un ensemble optique. Le Procédé comprend de préférence les phases addition- nelles consistant à nettoyer chaque entretoise intérieurement avant chaque phase de montage d'un élément optique ou d'une autre entretoise dans cette entretoise. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un en- doscope destiné à être utilisé pour observer des objets inac- cessibles à travers un trou, comprenant une tige tubulaire qui présente une première extrémité destinée à être insérée dans un trou en utilisation, des moyens à fibres optiques destinés à conduire la lumière le long de la tige d'une source lumineuse jusqu'à la première extrémité de la tige pour éclairer l'objet, des moyens formant objectif situés à la première extrémité de la tige pour regarder un objet, des moyens de formation de l'image situés à la deuxième extrémité de la tige, et des moyens formant relais optique pour conduire la lumière des moyens formant objectif aux moyens de forma- tion de l'image de telle manière que les moyens de formation de l'image puissent former une image de l'objet, dans lequel -5- les moyens formant relais comprennent un tube à lentilles dans lequel une pluralité d'éléments optiques sont maintenus dans des positions espacées par des entretoises tubulaires, lesquels éléments optiques et entretoises sont reçus à coulis- sement dans le tube à lentilles et dans lequel les moyens à fibres optiques comprennent un faisceau de fibres optiques logé dans une gaine flexible et occupent un conduit défini par la surface extérieure du tube à lentilles et la surface intérieure de la tige. La gaine est de préférence faite d'une matière à faible coefficient de frottement. Le tube à lentilles peut avanta- geusement être en contact avec un côté de la tige, de sorte que le conduit présente une forme de croissant en section transversale. Des modes de réalisation de l'invention seront à présent décrits à titre d'exemples en regard des dessins annexés, sur lesquels, la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un endos- cope possédant un ensemble optique selon l'invention qui est logé dans un tube à fenêtre; la figure 2 est une vue en coupe prise à travers la tige de l'endoscope de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un endos- cope possédant un ensemble optique selon l'invention et un faisceau de fibres optiques contenu dans une gaine flexible; la figure 4 est une vue en coupe de la tige de l'endos- cope de la figure 3; la figure 5 est une vue en partie en coupe d'un endos- cope qui comprend un ensemble optique classique possédant un tube à lentilles et qui comprend en outre un faisceau de fi- bres optiques contenu dans une gaine flexible conformément à un aspect de l'invention; et la figure 6 est une vue en coupe de la tige de l'endos- cope de la figure 5. L'endoscope 1 des figures 1 et 2 comprend une tige tu- bulaire 2 qui présente une première extrémité 3 logeant un système optique à objectif 4 et une deuxième extrémité 5 - 6 - reliée à l'oculaire 6. Les lentilles 7 sont espacées sur la longeur de la tige 2 par des entretoises 8, de sorte que les lentilles et les entretoises forment ensemble un ensemble optique 7, 8 qui se comporte comme un relais optique de sorte qu'un objet vu par le système optique objectif peut faire son image dans l'oculaire. Chaque entretoise 8 possède une partie mâle 9 et une partie femelle 10, ces parties s'accouplant à des parties complémentaires des entretoises adjacentes. Chaque entretoise 8 est tubulaire et d'une épaisseur de paroi sensiblement constante sur sa longueur, et elle est étagée en diamètre au niveau d'un épaulement annulaire 11, de sorte qu'une par- tie mâle 9 est formée d'un côté de l'épaulement et qu'une partie femelle 10 de plus grand diamètre est formée de l'au- tre côté de l'épaulement. Les parties mâles et femelles 9, 10 qui s'accouplent sont à ajustement glissant l'une sur l'autre et sont assemblées par un adhésif. Les parties mâles 9 sont de plus courte longueur que les parties femelles 10, la dif- férence de longueur correspondant à la dimension axiale de la lentille 7, de façon à s'opposer à tout déplacement axial de la lentille. La lentille 7 présente une surface cylindrique 12 qui est à ajustement glissant dans la partie femelle 10, de sorte que, une fois en position, la lentille est maintenue dans l'alignement axial de l'entretoise 8 et que la lentille pos- sède des faces d'extrémités 13 et 14 qui butent à leurs extré- mités radiales respectivement contre l'épaulement 11, et con- tre la surface d'extrémité annulaire 15 de la partie mâle 9. La lentille 7 est ainsi fermement serrée. La tige 2 renferme en outre un faisceau de fibres optiques 16 qui occupe un conduit 17 défini par la surface extérieure 18 d'un tube à fenêtre 19 et la surface intérieure de la tige 2. Le tube à fenêtre 19 s'étend le long de la longueur de la tige 2 et parallèlement à cette tige, et il est en contact avec une partie latérale 21 de la tige 2, de sorte que le conduit 17 est en forme de croissant. -7- L'ensemble optique 7, 8 est lui-même une structure autoporteuse et il est à ajustement glissant dans le tube à fenêtre 19, de sorte que l'ensemble optique peut facile- ment être retiré de la tige sans déranger le faisceau de fibres optiques. Cet enlèvement est nécessaire pour l'entre- tien de l'ensemble optique ou lorsqu'on désire remplacer les composants extérieurs de la tige tout en réutilisant l'ensem- ble optique d'origine. Le tube à fenêtre 19 possède une fenêtre 22 qui est alignée sur le système optique à objectif 4 de. sorte qu'un objet peut être vu à travers la fenêtre. Le faisceau de fibres optiques 16 se termine à la première extrémité de la tige 3 dans la région adjacente à la fenêtre 22, par une surface d'extrémité polie 23 formée en collant ensemble les fibres à l'aide d'une résine appropriée et en polissant la masse solide formée de cette façon. L'autre extrémité du faisceau de fibres optiques 16 (non représenté) est reliée à une source lumineuse (non représentée) qui peut être, soit logée en une seule pièce avec l'oculaire 6, soit logée séparément dans un boîtier qui est relié à l'endoscope par un renvoi à fibres optiques. Pour assembler l'endoscope 1, on glisse une première lentille 7 préalablement nettoyée dans la partie femelle 10 d'une première entretoise 8 préalablement nettoyée et, si nécessaire, on nettoie la partie intérieure de l'entretoise pour éliminer toute souillure provoquée par le raclage pendant le mouvement de coulissement. On enduit d'adhésif une partie mâle 9 d'une autre entretoise et on l'insère dans la partie femelle 10 de la première entretoise de manière à appuyer fermement la lentille contre l'épaulement 11. Ensuite, on nettoie intérieurement l'autre entretoise et on insère une autre lentille dans la partie femelle 10 de l'autre en- tretoise. On ajoute d'autres entretoises ou d'autres lentilles de la même façon jusqu'à ce qu'on ait formé un ensemble opti- que 7, 8 qui possède la longueur et les propriétés optiques voulues. En utilisation, on insère la tige 2 de l'endoscope 1 -8- à travers un trou et on éclaire un objet au moyen de la lumière émise par la source lumineuse et qui circule dans le faisceau de fibres optiques 16 et émerge à la surface d'extrémité 23. La lumière réfléchie par l'objet pénètre à travers la fenêtre 22 et elle est collectée par le système optique à objectif 4 et conduite à l'oculaire 6 par l'en- semble optique 7, 8, de sorte qu'on peut voir une image de l'objet. Une variante d'endoscope 30 est représentée sur les figures 3 et 4 sur lesquelles les composants communs à l'en- doscope 1 des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence. L'endoscope 30 comprend de même un ensemble optique 7, 8 qui possède des parties mâles et fe- melles 9, 10 mais il ne comporte pas de tube à fenêtre. Le faisceau de fibres optiques 16 est dans ce cas contenu dans une gaine 31 faite d'une matière flexible à faible coeffi- cient de frottement. Dans une forme de réalisation préférée, la gaine 31 est formée d'un ruban de polytétrafluoroéthylène enroulé en hélice, qui est enveloppé autour des fibres en une feuille mince. Le faisceau de fibres d'optiques 16 remplit partiellement un conduit 32 défini par la surface intérieure 33 de l'ensemble optique 7, 8 et par la surface intérieure 20 de la tige 2. L'ensemble optique 7, 8 peut être glissé en position dans la tige 2 et retiré de cette tige par glissement grâce à la gaine 31 à faible coefficient de frottement qui enferme les fibres optiques dans une section en croissant tandis que l'ensemble optique 7, 8 est en contact avec un côté 21 de la tige 2. On évite de cette façon la nécessité d'utiliser un tube à fenêtre, de sorte que, compa- rativement à un endoscope classique, on dispose d'une plus grande aire de section qui peut être occupée par des fibres optiques 16 additionnelles ou par une lentille 7 de plus grand diamètre supportée dans des entretoises 8 d'un diamètre agrandi en conséquence. Un autre endoscope 40 est représenté sur les figures 5 et 6, sur lesquelles les composants qui sont communs aux endoscopes 1 et 30 sont désignés par des numéros correspondants. L'endoscope 40 possède un tube à lentilles 41 conte- nant des lentilles 7 qui sont espacées par des-entretoises tubulaires 42. Un faisceau de fibres optiques 16 est contenu dans une gaine flexible 31 et remplit partiellement un con- duit 43 en forme de croissant qui est défini par la surface extérieure 44 du tube à lentilles 41 et par la surface inté- rieure 20 de la tige 2. Le tube à lentilles 41 est en con- tact avec un côté 21 de la tige 2 et peut être inséré ou enlevé grâce aux propriétés de faible coefficient de frotte- ment de la gaine 31. La nécessité d'utiliser un tube à fe- nêtre est ainsi supprimée, de sorte qu'on dispose d'une plus grande aire de section pour loger un supplément de fibres optiques 16 ou un tube à lentilles de plus grand diamètre, ce qui permet d'utiliser des lentilles 7 de plus grand diamètre. Les endoscopes 1, 30 et 40 décrits plus haut sont tous du type à vision latérale dans lequel la direction de visée du système optique objectif est perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'endoscope. On peut construire des varian- tes de réalisation de l'invention dans lesquelles la direc- tion de visée est autre que la direction perpendiculaire, par exemple, un endoscope à champ dans l'axe ou direct, dans lequel la direction de la vue s'étend vers l'avant le long de l'axe longitudinal, ou un endoscope à champ rétro, dans lequel la direction du champ de vision est dirigée vers l'ar- rière, parallèlement à l'axe de l'endoscope. On peut envisager encore d'autres formes de réalisation de l'endoscope selon l'invention dans lesquelles les lentilles peuvent être rempla- cées par des éléments optiques plus complexes à plusieurs éléments et également des formes de réalisation dans lesquel- les l'oculaire peut être remplacé par d'autres moyens de formation de l'image, tels qu'un appareil photographique. On envisage également d'autres formes de réalisation dans les- quelles les formations servant à assembler les entretoises adjacentes sont assemblées entre elles par d'autres moyens tels que des connecteurs filetés, des montures à baïonnette ou n'importe quelle autre configuration qui permet à l'ensemble - 10 - optique d'être autoporteur sans qu'on n'ait besoin d'un tube à lentilles qui entoure cet ensemble. - 11 - REVENDICATIONS 1.- Ensemble optique (7, 8) destiné à être utilisé comme relais optique dans un endoscope (1), dans lequel une pluralité d'éléments optiques (7) sont maintenus es- pacés par des entretoises tubulaires (8) à travers les- quelles passe le trajet optique, caractérisé en ce que les entretoises (8) comprennent des formations (9, 10, 11) servant à assembler les entretoises adjacentes et à loger les éléments optiques de telle manière que les entretoises et les éléments optiques forment un ensemble autoporteur. 2.- Ensemble optique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les formations comprennent des parties mâles et femelles (9, 10) de chaque entretoise, lesdites parties s'accouplant avec des parties des entretoises adja- centes qui coopèrent avec elles. 3.- Ensemble optique selon la revendication 2, carac- térisé en ce que chaque entretoise comprend un tube d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, le diamètre du tube étant étagé au droit d'un épaulement annulaire (11) de telle manière qu'il se forme une partie mâle d'un côté de l'épaulement et une partie femelle de plus grand diamètre de l'autre côté de l'épaulement, le diamètre extérieur et le diamètre intérieur des parties mâles et femelles respective- ment étant de nature à établir un assemblage à ajustement glissant entre les parties des entretoises adjacentes qui coopèrent entre elles. 4.- Endoscope destiné à être utilisé pour observer des objets inacessibles à travers un trou, comprenant une tige tubulaire (2) qui présente une première extrémité (3) destinée à être insérée dans un trou en utilisation, des moyens formant objectif (4) situés à la première extrémité de la tige pour regarder un objet, des moyens de formation de l'image (6) situés à la deuxième extrémité (5) de la tige, et des moyens formant relais optique (7, 8), destinés à conduire la lumière des moyens formant objectif aux moyens de formation de l'image de telle manière que les moyens de formation de l'image puissent former l'image de l'objet, - 12 - caractérisé en ce que les moyens formant relais comprennent un ensemble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5.- Endoscope selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens à fibres optiques (16) servant à conduire la lumière le long de la tige (2), d'une source lumineuse jusqu'à une première extrémité de la tige, pour éclairer l'objet. 6.- Endoscope selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble optique est logé dans un tube à fenêtre (19) qui présente une fenêtre (22) à travers laquelle les moyens formant objectif peuvent regarder un objet et en ce que l'ensemble optique est à ajustement glissant dans le tube à fenêtre et que les moyens à fibres optiques occupent un conduit (17) défini par la surface extérieure du tube à fenêtre et par la surface intérieure de la tige. 7.- Endoscope selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube à fenêtre est en contact avec un côté de la tige, de sorte que le conduit possède une forme de croissant en section transversale. 8.- Endoscope selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble optique est logé dans la tige (2) et en ce que les moyens à fibres optiques occupent un conduit défini par la surface extérieure de l'ensemble optique et par la surface intérieure de la tige, lesdits moyens à fibres opti- ques comprenant un faisceau de fibres optiques (16) contenu dans une gaine flexible (31). 9.- Endoscope selon la revendication 8, caractérisé en ce que la gaine (31) est faite d'une matière à faible coef- ficient de frottement. 10.- Endoscope (40) destiné à être utilisé pour observer des objets inacessibles à travers un trou, comprenant une tige tubulaire (2) qui présente une première extrémité (3) destinée à être insérée dans un trou en utilisation, des moyens à fibres optiques (16) destinés à conduire la lumière le long de la tige, d'une source lumineuse jusqu'à la - 13 - première extrémité de la tige, pour éclairer l'objet, des moyens formant objectif (4) situés à la première extrémité de la tige pour regarder un objet, des moyens de formation de l'image (6) situés à la deuxième extrémité de la tige, et des moyens formant relais optiques (7, 42) pour conduire la lumière des moyens formant objectif aux moyens de forma- tion de l'image, de telle manière que les moyens de formation de l'image puissent former une image de l'objet, caractérisé en ce que les moyens formant relais comprennent un tube à lentilles (41) dans lequel une pluralité d'éléments optiques (7) sont maintenus dans des dispositions espacées par des entretoises tubulaires (42), lesquels éléments optiques et entretoises sont reçus à coulissement dans le tube à lentil- les et en ce que les fioyens à fibres optiques comprennent un faisceau de fibres optiques (16) logé dans une gaine flexible (31) et occupent un conduit (43) défini par la surface exté- rieure (44) du tube à lentilles et la surface intérieure de la tige. 11.- Endoscope selon la revendication 9, caractérisé en ce que la gaine est faite d'une matière à faible coeffi- cient de frottement. 12.- Endoscope selon l'une quelconque des revendications et 11, caractérisé en ce que le tube à lentilles est en contact avec un côté de la tige, de sorte que le conduit (43) présente une forme de croissant en section transversale. 13.- Procédé d'assemblage d'un endoscope possédant un ensemble optique selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend les phases consis- tant à monter un élément optique dans une partie femelle (10) d'une première entretoise, monter une partie mâle (9) d'une autre entretoise dans la partie femelle (10) de la première entretoise, avec une couche d'adhésif entre ces éléments, monter un autre élément optique dans la partie femelle (10) de l'autre entretoise, ajouter d'autres entretoises addition- nelles et d'autres éléments optiques additionnels de la même façon selon le besoin pour former un ensemble optique. 14.- Procédé d'assemblage d'un endoscope selon la -14 revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend les autres phases consistant à nettoyer chaque entretoise intérieurement avant chaque phase de montage d'un élément optique ou d'une autre entretoise dans cette entretoise.