Brevet FR2706759A1 — publié le 19941230

L'invention concerne un instrument endoscopique comportant une tige allongée dans laquelle est disposé un système d'observation optique, qui est fermé, au niveau de l'extrémité distale de la tige, par une fenêtre reliée d'un'e manière fixe et étanche à la tige Des instruments endoscopiques de ce type sont utilisés en grand-nombre en médecine et servent à observer, examiner et traiter des cavités corporelles moyennant l'utilisation d'une ouverture naturelle du corps ou d'un canal perforé, produit de façon artificielle. Tous les instruments endoscopiques ont en commun un système d'observation optique, qui est fermé, au niveau de l'extrémité distale de la tige, par une fenêtre. Cette fenêtre est reliée d'une manière étanche et fixe à la tige. Dans la mesure o il ne s'agit pas d'un endoscope vidéo, en général un oculaire est prévu sur l'extrémité proximale de l'instrument. D'autre part, au système d'observation optique peut être associé un système d'éclairage, auquel cas un raccord pour guide de lumière est alors encore prévu dans la zone proximale de la tige. Habituellement, les fenêtres terminales de tels instruments endoscopiques sont réalisées en verre. Alors que dans le cas des composants optiques situés à l'intérieur de la tige,, ce qui importe presque exclusivement ce sont leurs caractéristiques de formation d'images, d'autres exigences, notamment du point de vue mécanique et du point de vue du matériau, sont imposées à une fenêtre terminale. D'une part il est souhaitable que la fenêtre terminale possède une dureté aussi grande que possible pour exclure dans une large mesure des dommages dûs à d'éventuelles rayures, et d'autre part, en dehors de cette résistance à l'usure par frottement, il faut en outre également veiller à ce qu'il soit possible de réaliser une stérilisation sans que ceci n'influe sur la qualité optique. Ainsi par exemple dans le cas d'un cycle fixé de 2 2706759 stérilisation, l'instrument endoscopique est soumis pendant un intervalle de temps prédéterminé à une vapeur chaude de 1120 saturée à une température de 134 C. Pour de tels cycles de stérilisation, seuls conviennent un petit nombre de types de verre, et ce également sous certaines conditions. En effet comme cela est connu, aux températures élevées, des substances déterminées solubles à l'eau sont éliminées de la surface du verre, ce qui conduit à des réductions de la qualité optique. De même, en raison d'une stérilisation répétée, il apparaît au niveau des surfaces extérieures du verre, des phénomènes de corrosion qui sont basés essentiellement sur l'interaction des oxydes métalliques, contenus dans le verre, avec la vapeur d'eau. D'une manière générale, il existe des substances vitreuses ayant une structure partiellement amorphe, qui résistent à une telle contrainte, mais que l'on ne peut pas employer pour une utilisation optique, en raison de fortes hétérogénéités. Au contraire, on obtient de meilleurs résultats avec un saphir monocristallin en tant que matériau pour la fenêtre terminale. L'utilisation d'un tel matériau est décrite par exemple dans la demande de brevet allemand DE 37 40 416 Ai. Un saphir cristallin possède une dureté de surface élevée et peut être soumis aux cycles de stérilisation décrits précédemment, mais ce matériau possède, en raison de son réseau cristallin hexagonal, un comportement anisotrope pour différentes propriétés optiques et physiques, qui sont indésirables notamment pour son utilisation dans des systèmes optiques d'endoscope. Et surtout il faut insister sur le problème de la biréfringence. Les indices de réfraction de cette substance présentent une différence d'un ordre de grandeur de 9.10-3, entre l'axe parallèle à l'axe du cristal et la perpendiculaire. Cette biréfringence provoque, dans des faisceaux de lumière qui pénètrent dans le cristal obliquement par rapport à l'axe optique de ce dernier, une 3 2706759 subdivision en deux faisceaux partiels polarisés perpendiculaires entre eux. C'est pourquoi, lors de la fabrication et de la réalisation de la fenêtre terminale en un saphir, une exigence indispensable est de tenir compte de façon précise de l'orientation du cristal. Ceci était très complexe du point de vue technique de fabrication. Mais également lorsqu'on tient compte de l'orientation du cristal et dans le cas d'une fabrication et d'un montage conformes aux prescriptions d'une telle fenêtre terminale, on ne peut pas complètement supprimer l'effet de la biréfringence, indépendamment de la traversée parallèle de la lumière. Précisément dans l'optique endoscopique, en raison du grand champ d'observation nécessaire et en liaison avec de faibles diamètres du système, il est nécessaire d'avoir de très grandes ouvertures. Ceci conduit au fait que les faisceaux traversent la fenêtre selon un champ angulaire étendu, ce qui a pour effet que les différences de l'indice de réfraction se manifestent également dans la pratique. Il en résulte des influences, que l'on ne peut corriger, sur la qualité de l'image. A partir de là, la présente invention a pour but de développer un instrument endoscopique du type mentionné plus haut de manière que les propriétés positives du saphir en tant que fenêtre terminale restent conservées dans une large mesure, et que le problème de la biréfringence soit cependant résolu. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que la fenêtre terminale est constituée par un spinelle ou un grenat d'yttrium aluminium. Ces matériaux possèdent une dureté semblable à celle du saphir et sont par conséquent nettement plus résistants à l'usure que des verres optiques et sont résistants à l'eau et à différents acides, même aux températures élevées indiquées plus haut, mais ne possèdent aucune biréfringence. 4 2706759 Pour pouvoir soumettre l'ensemble de l'instrument endoscopique aux cycles de stérilisation à la vapeur chaude, mentionnés précédemment, il est approprié d'équiper non seulement la fenêtre terminale distale, mais également - lo'rsqu'il existe - l'oculaire proximal et éventuellement le raccord de guide de lumière à une telle fenêtre terminale formée d'un spinelle ou d'un grenat d'yttrium - aluminium et de fermer par conséquent de façon hermétique l'ensemble du système optique d'observation et éventuellement également l'ensemble du système d'éclairage. Dans le cas de l'utilisation d'un spinelle, on peut utiliser aussi bien un spinelle à structure monocristalline cubique (MgOxAl2O3) qu'un spinelle polycristallin (LgA12O4). Le matériau indiqué en dernier lieu possède également des propriétés remarquables pour le but d'utilisation indiqué et peut être utilisé de préférence notamment pour des fenêtres terminales possédant de faibles dimensions et une faible épaisseur centrale. Dans le cas de l'utilisation d'un grenat d'yttrium - aluminium en tant que fenêtre terminale, en raison des propriétés optiques, on utilise de préférence un grenat d'yttrium - aluminium non dopé (Y3A15012) sous forme monocristalline cubique. Cependant on peut également utiliser éventuellement un matériau dopé, de préférence le grenat d'yttrium aluminium dopé au néodyme et connu dans la technique des lasers. Afin d'obtenir une fermeture aussi étanche et hermétique que possible du système optique, il est important de monter la ou les fenêtres terminales autant que possible selon une liaison par matériaux compatibles, dans l'instrument. Dans sa forme la plus simple, ceci peut être obtenu par collage. Les adhésifs disponibles actuellement sur le marché ne sont cependant pas suffisamment résistants, notamment pour les cycles mentionnés précédemment de stérilisation à la vapeur chaude, de sorte qu'il faut actuellement préférer l'emploi d'un procédé de soudure brasage. La fenêtre terminale peut être tout d'abord métallisée au niveau de son bord, puis être fixée par brasage dans l'instrument, notamment dans la tige. Mais de préférence, on fixe par brasage la fenêtre terminale directement dans un cadre métallique, sous vide poussé. Ensuite, on peut relier d'une manière fixe et étanche le cadre, dans lequel est située la fenêtre, à l'instrument, de préférence par soudage, notamment par soudage moyennant l'utilisation d'un faisceau d'électrons, ou bien par brasage tendre (température environ 2000 à 2500C). Ce procédé est très avantageux, en particulier du point de vue technique de fabrication étant donné que pour réaliser le brasage sous vide poussé, qui est comparativement complexe du point de vue technique, il suffit de manipuler respectivement le cadre et la fenêtre terminale elle-même, alors que c'est seulement lors d'une autre phase de travail devant être mise en oeuvre d'une manière comparativement simple, que la fenêtre ainsi que le cadre sont reliés par soudage à l'instrument. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: À - la figure 1 montre, selon une représentation selon une vue en élévation latérale schématique, un instrument endoscopique représenté partiellement en coupe; et - la figure 2 illustre les étapes opératoires a, b et c pour la fabrication d'une fenêtre terminale distale selon une liaison brasée / soudée, sous la forme d'une représentation schématique en coupe à plus grande échelle. L'instrument endoscopique représenté sur la figure 1 est prévu exclusivement pour réaliser une observation et possède une tige allongée 1, dont la zone 6 2706759 d'extrémité distale 2 est représentée en coupe à plus grande échelle. Sur le côté proximal, à la tige 1 se raccorde une partie formant poignée 3, qui est fermée, côté proximal, par la partie formant oculaire 4. Un raccord 5 de guide de lumière, au moyen duquel l'instrument peut être relié à une source d'éclairement, ressort latéralement hors de la partie formant poignée 3. L'instrument représenté possède au total trois fenêtres terminales, à savoir une fenêtre terminale distale 6, une fenêtre terminale proximale 7 (fenêtre de l'oculaire) ainsi qu'une fenêtre terminale latérale 8 (fenêtre d'éclairement). Les fenêtres terminales 6,7 et 8 peuvent être réalisées avec les matériaux indiqués plus haut, et dans la présente forme de réalisation, sont constituées par un spinelle. Alors que les fenêtres terminales 6 et 8 sont réalisées avec une forme approximativement cylindrique et sont montées dans un cadre à gradins 9, la fenêtre 7 de l'oculaire converge avec une forme conique en direction de l'extrémité proximale de l'instrument et est fixée directement par brasage dans la partie formant oculaire 4 conformée de façon correspondante, moyennant l'utilisation d'une brasure active, par exemple Au/Cu/Ti ou Ag/Cu/Ti. La fenêtre terminale distale 6,et la fenêtre d'éclairement 8 sont fixées directement par brasage, sous vide poussé, dans les cadres respectifs 9. Ces cadres 9 ont alors été soudés, conjointement avec la fenêtre respective 6 ou 8, au composant contigu de l'instrument. Le cordon de soudure est désigné par les références 10 et 11. En référence aux figures 2a à c, on a représenté de façon détaillée la fabrication d'une fenêtre terminale, qui est constituée, par exemple sur la figure 1, par la fenêtre 6. Le matériau proprement dit de la fenêtre est désigné par la référence 12 sur la figure 2 et est constitué par un spinelle à structure monocristalline 7 2706759 cubique. Ce matériau de la fenêtre possède une forme cylindrique, dont l'un des deux bords circonférentiels est chanfreiné. Le chanfrein est désigné par la référence 13. Le matériau 12 de la fenêtre est disposé avec un faible jeu dans un cadre cylindrique creux 14, qui possède, d'un côté, une partie saillante 15 formant un fond, de sorte qu'on obtient le profil en L visible sur la figure 2. Le matériau 12 de la fenêtre est disposé dans le cadre 14 de telle sorte que dans la partie supérieure entre le matériau 12 de la fenêtre et le cadre 14 on obtient une gorge circonférentielle approximativement en forme de V en coupe transversale, qui sert de logement pour la brasure. La brasure 16 représentée ici sous la forme d'un anneau torique est située dans cette gorge. On soumet la fenêtre ainsi préfabriquée (cadre, matériau de la fenêtre et brasure) à une opération de brasage sous vide poussé, lors de laquelle la brasure 16 s'écoule dans la fente capillaire 17 entre le cadre 14 et le matériau 12 de la fenêtre et relie par conséquent de façon fixe et étanche ces composants entre eux. Une fois que cette opération de brasage est terminée, on obtient un composant tel que représenté sur la figure 2b. On utilise alors ce composant dans la tige proprement dite 1 de l'endoscope et on la fixe d'une manière étanche par soudage à cette tige, au niveau de son bord, de sorte qu'on obtient le composant visible sur la figure 2c. Le cordon de soudure est désigné par la référence 18 sur la figure 2c. 8 2706759 REVENDICATIONS 1. Instrument endoscopique comportant une tige allongée (1) dans laquelle est disposé un système optique, qui est fermé, au niveau de l'extrémité distale (2) de la tige (1), par une fenêtre (6) reliée d'une manière fixe et étanche à la tige (1), caractérisé en ce que la fenêtre terminale (6) est constituée par un spinelle ou un grenat d'yttrium - aluminium. 2. Instrument endoscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fenêtre terminale (7) est prévue sur l'extrémité proximale (4) de la tige et qu'éventuellement une autre fenêtre terminale (8) est prévue sur l'instrument, et en ce que toutes les fenêtres terminales (6, 7,8) sont constituées par un spinelle ou un grenat d'yttrium - aluminium et que le système optique d'observation est fermé de façon hermétique. 3. Instrument endoscopique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs fenêtres terminales (6,7,8) sont constituées par un spinelle à structure monocristalline cubique. 4. Appareil endoscopique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs fenêtres terminales (6,7,8) sont constituées par un spinelle polycristallin. 5. Instrument endoscopique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs fenêtres terminales (6,7,8) sont constituées par un grenat d'yttrium - aluminium dopé au néodyme. 6. Instrument endoscopique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau de la fenêtre est fixé par brasage dans un cadre métallique (9) et en ce que le cadre (9) est relié à l'instrument, notamment à la tige (1) de l'instrument, par soudage (10O,11). 7. Instrument endoscopique selon l'une quelconque 9 2706759 des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau de la fenêtre est relié au cadre métallique par brasage sous vide poussé. 8. Instrument endoscopique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau de la fenêtre est métallisé au niveau de son bord et est fixé par brasage dans l'instrument.