ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНДОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к медицинским эндоскопам, в частности к жестким медицинским эндоскопам.

Известна оптическая система эндоскопа по патенту СССР N 1654766, G 02 B 23/00, 1983. содержащая объектив, систему передачи изображения из последовательно расположенных оборачивающих систем и окуляр, причем каждая оборачивающая система содержит два положительных двояковыпуклых стержневидных склеенных компонента, в одном из которых поверхность склейки, ближайшая к другому компоненту, выполнена с отрицательной оптической силой, в систему передачи изображения введена по крайней мере еще одна дополнительная оборачивающая система из двух одинаковых положительных двояковыпуклых стержневидных склеенных компонентов с плоскими поверхностями склеек, а остальные оборачивающие системы установлены симметрично относительно дополнительной оборачивающей системы, причем во втором компоненте каждой из остальных оборачивающих систем все поверхности склеек выполнены плоскими; в системе передачи изображения все компоненты с плоскими поверхностями склеек выполнены одинаковыми; в каждой из остальных оборачивающих систем поверхность склейки с отрицательной оптической силой образована двояковыпуклой и вогнутоплоской линзами. Но указанная оптическая система эндоскопа не обеспечивает требуемого качества изображения, имеет сложную конструкцию и технологически трудно выполнимая.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению и выбранной авторами за прототип является оптическая система эндоскопа по авторскому свидетельству СССР N 998997, G 02 B 23/00, 1981 г. содержащая головной объектив, оборачивающие системы, размещенные между ними коллективы и окуляр, одна из оборачивающих систем выполнена в виде склейки из двух двояковыпуклых линз и размещенной между ними двояковогнутой стержневидной линзы, а другие в виде двух плосковыпуклых стержневидных линз, ориентированных выпуклостями навстречу одна другой, при этом по обе стороны склейки установлены плоскопараллельные стержни, а каждый из коллективов выполнен в виде плосковыпуклой линзы.

Но указанная оптическая система эндоскопа имеет сложную конструкцию и не обеспечивает требуемого качества изображения.

Технической задачей изобретения является улучшение качества изображения, упрощение конструкции и повышение технологичности оптической системы эндоскопа, возможность регулировки длины всего эндоскопа.

Технический результат достигается тем, что оптическая система эндоскопа, содержащая головной объектив, оборачивающие системы, каждая из которых включает в себя две плосковыпуклые стержневидные линзы, ориентированные выпуклостями навстречу одна другой и окуляр, плосковыпуклые стержневидные линзы выполнены с равными радиусами кривизны и установлены друг от друга на расстоянии не более их фокусного расстояния, по обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены одинаковые плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, причем радиус кривизны этих линз не превышает радиуса кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, при этом в одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена 1компенсационная плоскопараллельная пластина, выполненная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсий не менее 20.

Каждая оборачивающая система состоит из двух плосковыпуклых стержневидных линз, ориентированных выпуклостями навстречу одна другой, выполнеными с равными радиусами кривизны, что повышает технологичность.

Стержневидные линзы установлены друг от друга на расстоянии не более f' одной линзы, что необходимо для получения телецентрического хода главных лучей в пространстве изображений и для коррекции астигматизма и кривизны изображения.

По обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, что необходимо для коррекции комы и сферической аберрации для точки на оси. Радиусы кривизны этих линз равны радиусам кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, что также повышает технологичность эндоскопа. Применение двух плосковыпуклых линз в каждой половинке оборачивающей системы позволяет получить радиус кривизны этих линз значительной величины по сравнению с их световым диаметром, что также является технологичным.

В одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена компенсационная плоскопараллельная пластина, склеенная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсии не менее 20, что необходимо для коррекции хроматических аберраций, как хроматизма положения, так и хроматизма увеличения, а также кривизны изображения и астигматизма.

Указанная компенсационная склеенная плоскопараллельная пластинка установлена несимметрично в воздушном промежутке между стержневидными плосковыпуклыми линзами именно для одновременной коррекции как хроматизма положения, так и хроматизма увеличения.

Общая компановка оптической системы эндоскопа обеспечивает получение сравнительно небольшой дисторсии при значительном угле поля зрения в пространстве предметов.

В качестве конкретного примера рассчитана оптическая система эндоскопа со следующими характеристиками:
Фокусное расстояние 164,5 мм
Увеличение 1,5^x
Линейное поле y 16,7 мм
Диаметр выходного зрачка 1,7 мм
Удаление выходного зрачка 6 мм.

Разработанная оптическая система эндоскопа обладает следующим качеством изображения.

Поперечная сферическая аберрация для точки на оси во всем спектральном диапазоне не превышает 6'. Коэффициент нейзопланазии 0,01% Кривизна изображения и астигматизм равны:

Среднеквадратическая волновая аберрация по спектральному интервалу, полю и зрачка равна: без учета расфокусировки и дисторсии 0,129 λ, без учета дисторсии 0,302 l, без учета расфокусировки, дисторсии и кривизны изображения 0,109 l. Волновая аберрация в плоскости наилучшей установки для осевого пучка равна 0,055 l.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 дана оптическая система эндоскопа, на фиг. 2 представлены таблицы аберраций конкретного примера расчета оптической системы эндоскопа, на фиг. 3 графики ее аберраций.

Устройство содержит объектив эндоскопа 1, оборачивающую систему 2 эндоскопа, компенсационную плоскопараллельную пластинку 4, окуляр 3, выходной зрачок 5 эндоскопа.

Объектив 1 состоит из плоскопараллельной пластинки 6 и двух плосковыпуклых линз 7 и 8, обращенных выпуклостями друг к другу.

Оборачивающая система 2 состоит из двух плосковыпуклых стержневидных линз 9, расположенных по обе стороны от них двух плосковыпуклых стержневидных линз 10. Линзы 9 и 10 обращены выпуклостями каждые навстречу друг другу.

Компенсационная плоскопараллельная пластинка 3 склеена из плосковогнутой линзы 11 и выпуклоплоской линзы 12.

Окуляр 4 состоит из двух плосковыпуклых линз 13, которые обращены выпуклостями друг к другу.

Объектив 1 формирует изобретение объективов внутренней поверхности наблюдаемой полости в плоскости, расположенной перед оборачивающей системой 2, которая переносит это изобретение в плоскость, расположенную перед следующей оборачивающей системой до тех пор, пока изображение объективов не окажется расположенным перед окуляром 4. Окуляр 4 позволяет наблюдателю рассматривать изображение объекта под некоторым увеличением, при этом глаз наблюдателя совмещается с выходным зрачком прибора 5.

Таким образом, предлагаемая оптическая система эндоскопа имеет простую конструкцию, является технологичной, имеет улучшенное качество изображения, уменьшенный астигматизм и кривизну изображения.

Использование: в области оптического приборостроения, относится конкретно к жестким эндоскопам. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит объектив эндоскопа 1, оборачивающую систему эндоскопа 2, состоящую из двух плосковыпуклых стержневидных линз 9, расположенных по обе стороны от них двух плосковыпуклых стержневидных линз 10, при этом линзы 9 и 10 обращены выпуклостями каждые навстречу друг другу. Устройство содержит также компенсационную плоскопараллельную пластинку 3, окуляр 4 и выходной зрачок эндоскопа 5. Компенсационная плоскопараллельная пластинка 3 склеена из плосковогнутой линзы 11 и выпуклоплоской линзы 12. 5 ил.

Оптическая система эндоскопа, содержащая головной объектив, оборачивающие системы, каждая из которых включает в себя две плосковыпусклые стержневидные линзы, ориентированные выпуклостями навстречу одна другой, и окуляр, отличающаяся тем, что плосковыпуклые стержневидные линзы выполнены с равными радиусами кривизны и установлены друг от друга на расстоянии не более их фокусного расстояния, по обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены одинаковые плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, причем радиус кривизны этих линз не превышает радиуса кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, при этом в одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена компенсационная плоскопараллельная пластина, выполненная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсий не менее 20.