ОБЪЕКТИВ СВЕРХТОНКОГО ЭНДОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G02B9/00 G02B23/00 A61B1/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к объективам, используемым в приборах, предназначенных для эндоскопического исследования, в том числе для наблюдения и фотографирования в первую очередь особо узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека.

Объективы эндоскопов известны, в частности, эндоскопа, предназначенного для работы в особоузких биологических каналах, с диаметром канала для передачи изображения менее чем 1 мм. Такой объектив (как и всякий объектив эндоскопа) работает при телецентрическом или близком к тактовому ходе главных лучей. В наибольшей мере условиям работы сверхтонких эндоскопов удовлетворяют объективы, выполненные в виде единого компонента-моноблока. Это объясняется тем, что моноблок обеспечивает отсутствие запотевания объектива в процессе работы, не экранирует световой диаметр линз, позволяет легко и удобно манипулировать объективом в процессе монтажа (сборки) эндоскопа.

Так, например, известен объектив эндоскопа /1/, содержащий положительную двояковыпуклую линзу, соединенную оптическим контактом со световодом, и апертурную диафрагму, снабженный отрицательной плосковогнутой линзой, выполненной из оптической среды с показателем преломления 1,45^oC1,48, склеенной с двояковыпуклой линзой, при этом апертурная диафрагма размещена на ее передней поверхности.

Этому объективу присущи следующие недостатки: маленький вынос положения входного зрачка объектива не позволяет использовать с ним призмы с большой длительной хода лучей света, т.е. те призмы, которые обеспечивают боковое направление наблюдения под углом 20^o-75^o; трудно выполнимо требование обеспечения оптического контакта и качественной центрировки линз и стекловолоконного жгута, имеющих диаметр менее 1 мм; нельзя использовать объектив, если в качестве транслятора используется градан с плоским торцом.

Известен объектив сверхтонкого эндоскопа /2/, выбранный за прототип, содержащий шаровую линзу и расположенные перед ней афокальные оптические элементы с плоскими рабочими поверхностями, при этом пространство между линзой и оптическими элементами заполнено самоотверждающейся оптической средой с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления материала шаровой линзы.

Этому объективу присущи следующие существенные недостатки: маленький вынос положения входного зрачка объектива (апертурная диафрагма расположена на первой поверхности линзы) не позволяет использовать с ним призмы, обеспечивающие боковое направление наблюдения при достаточно большом угле поля зрения; из-за наличия воздушного промежутка между объективом и входным торцом транслятора (системы передачи) изображения (градана, волоконно-оптического регулярного жгута и т.п.) не исключена вероятность запотевания объектива; увеличены потери света (из-за двух "лишних" границ "стекло-воздух"); усложнен монтаж объектива ввиду необходимости установки распорного кольца между линзой и торцом транслятора, при этом уменьшается (срезается) световой диаметр линзы, что приводит к дополнительному виньетированию пучков света и как следствие к неравномерной освещенности изображения на периферийных участках поля зрения.

Данное изобретение решает задачу обеспечения бокового направления наблюдения, повышения качества изображения путем уменьшения потерь света, снижения виньетирования по полю зрения с одновременным устранением возможности запотевания и повышения удобства монтажа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в объективе сверхтонкого эндоскопа, содержащем шаровую линзу и расположенные перед ней афокальные оптические элементы с плоскими рабочими поверхностями, при этом пространство между линзой и оптическими элементами заполнено самоотверждающейся оптической средой с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления материала шаровой линзы, согласно настоящему изобретению после шаровой линзы введен по крайней мере один дополнительный афокальный оптический элемент, пространство между ними и шаровой линзой заполнено самоотвердевающейся оптической средой, при этом шаровая линза выполнена из материала с показателем преломления n₁ > 1,9, а показатель преломления самоотверждающейся оптической среды n₂ 1,4^oC1,6; оптические афокальные элементы выполнены в виде плоскопараллельных пластин; афокальные оптические элементы, расположенные перед шаровой линзой, выполнены в виде клина и призмы.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенным конструктивным решениям обеспечивается боковое направление наблюдения, повышается качество изображения, уменьшаются потери света, исключается возможность запотевания объектива и повышается удобство монтажа эндоскопа.

На фиг. 1 принципиальная схема объектива; на фиг. 2 таблица конструктивных данных объектива.

Объектив эндоскопа содержит шаровую линзу 1 из материала с показателем преломления более 1,9, перед и после которой установлены оптические детали 2
4, с оптической силой, равной нулю, с плоскими рабочими поверхностями. Пространство между шаровой линзой 1 и деталями 2 4 заполнено соотвердевающимся материалом с показателем преломления 1,4 1,6, который образует своеобразные плосковогнутые линзы 5, 6. Оптические детали, установленные перед шаровой линзой 1, в частности, выполнены в виде клина 2 и призмы 3.

Работа объектива сверхтонкого эндоскопа заключается в следующем.

Посредством обладающей положительной оптической силой плоскопараллельной пластины 7 /фиг. 1/, составленной из плосковогнутых линз 5, 6 и расположенной между ними "силовой" шаровой линзы 1, за плоскопараллельной пластиной 4 формируется действительное уменьшенное изображение объектов эндоскопического исследования, которое затем передается (световодом, граданом, линзовыми оборачивающими системами) на проксимальный конец эндоскопа, либо непосредственно фиксируется светочувствительным слоем (кино-фото пленкой, видиконом телевизионной камеры, элементом ПЗС и т.п.) Установленные перед шаровой линзой 1 оптические детали с плоскими рабочими поверхностями 2, 3 например призма 3 /фиг. 1а/ и клин 2 позволяют изломать оптическую ось, обеспечив тем самым боковое направление наблюдения. В случае прямого направления наблюдения перед шаровой линзой 1 устанавливается плоскопараллельная пластина 2 /фиг. 1б/, служащая защитным стеклом, перед которым может быть установлена апертурная диафрагма 8.

Ход лучей света через объектив от точек предмета уясняется из рассмотрения фиг. 1. В виде того, что линза-шар 1 выполнена с высоким показателем преломления /более 1,9/ и окружена средой с показателем преломления, отличным от воздуха /1,4 1,6/, в объективе увеличен вынос положения входного зрачка, по сравнению с прототипом. Так, например, для объектива с фокусным расстоянием равным f¹ 0,91 мм вынос положения входного зрачка составляет для прототипа 0,07 мм, а для заявляемого объектива соответственно 0,79 мм.

Таким образом, предлагаемый объектив сверхтонкого эндоскопа по сравнению с прототипом позволяет повысить качество изображения путем снижения виньетирования наклонных пучков лучей света, обеспечить боковое направление наблюдения, путем установки призмы соответствующей конструкции, имеющей достаточно большую длину хода лучей света. Кроме того, в объективе снижены потери света, исключая возможность запотевания в случае, когда объектив приклеен к торцу транслятора, что одновременно приводит к повышению удобства монтажа эндоскопа.

Настоящее изобретение найдет применение в оптических системах сверхтонких эндоскопов, используемых для работы в особоузких биологических каналах типа зонда для исследования сердца, в нейрохирургии, офтальмоскопии и т. п.

Использование данного изобретения позволит расширить область эндоскопического исследования, повысить его качество, надежность диагноза при медицинском обследовании.

По настоящему изобретению А/О "ВНИИМП-ВИТА" разработал объектив ЛОР-эндоскопа, конструктивные данные которого приведены на фиг. 2 и который имеет следующие оптические характеристики:
фокусное расстояние 0,584 мм;
относительное отверстие 1:7;
угол поля зрения 60^o;
угол направления наблюдения 30^o.

Предлагаемое изобретение будет использовано, в частности, в жестком эндоскопе-игле, в котором для передачи изображения (в качестве транслятора) используется граданный элемент.

Использование: при создании медицинских эндоскопов с направлением, отличным от прямого. Сущность изобретения: объектив содержит шаровую линзу и расположенные перед ней афокальные оптические элемента с плоскими рабочими поверхностями, при этом пространство между линзой и оптическими элементами заполнено самоотверждающейся оптической средой с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления материала шаровой линзы. После шаровой линзы введен, по крайней мере, один дополнительный афокальный оптический элемент, пространство между ним и шаровой линзой заполнено самоотверждающейся оптической средой, при этом шаровая линза выполнена из материала с показателем преломления n₁ > 1,9, а показатель преломления самоотверждающейся оптической среды n₂ = 1,4^oC1,6. Оптические афокальные элементы могут быть выполнены в виде плоскопараллельных пластин, а афокальные оптические элементы, расположенные перед шаровой линзой, могут быть выполнены в виде клина и призмы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Объектив сверхтонкого эндоскопа, содержащий шаровую линзу и расположенные перед ней афокальные оптические элементы с плоскими рабочими поверхностями, при этом пространство между линзой и оптическими элементами заполнено самоотверждающейся оптической средой с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления материала шаровой линзы, отличающийся тем, что после шаровой линзы введен по крайней мере один дополнительный афокальный оптический элемент, пространство между ним и шаровой линзой заполнено самоотверждающейся оптической средой, при этом шаровая линза выполнена из материала с показателем преломления n₁ > 1,9, а показатель преломления самоотверждающейся оптической среды n₂ 1,4 1,6. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что оптические афокальные элементы выполнены в виде плоскопараллельных пластин. 3. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что афокальные оптические элементы, расположенные перед шаровой линзой, выполнены в виде клина и призмы.