ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНДОСКОПА Российский патент 1998 года по МПК A61B1/00 A61B1/55 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к оптическим системам эндоскопов. Найдет применение в эндоскопах, приборах, предназначенных для осмотра и фотографирования различных полостей и биологических каналов тела человека. Изобретение может быть использовано также в оптических устройствах, выполняющих аналогичные функции в технике.

Оптические системы эндоскопов известны. Все они состоят из головного объектива, окуляра и системы передачи изображения (СПИ). Причем наиболее высоким качеством изображения наравне с другими параметрами обладают оптические системы эндоскопов, в СПИ которых содержатся стержневидные компоненты (с осевой длиной, значительно превышающей их диаметр).

Так, известна оптическая система эндоскопа по авт. свид. N 591790, МКИ G 02 B 23/00, 1978 г., содержащая головной объектив, оборачивающие системы, включающие две двояковыпуклые стержневидные линзы, коллективы и окуляр, а также установленный в одной из оборачивающих систем коррекционный компонент, выполненный в виде трехсклеенной афокальной линзы, состоящей из двух двояковыпуклых и размещенной между ними двояковогнутой линз.

Эта оптическая система имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что из-за большого числа оптических элементов, граничащих с воздухом в СПИ, велики потери света на отражения от рабочих поверхностей.

Кроме того, известна оптическая система эндоскопа (выбранная в качестве прототипа), содержащая объектив, окуляр и симметричную линзовую систему передачи изображения, построенную из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем, каждая из которых состоит из двух положительных одинаковых двояковыпуклых стержневидных компонентов (см. патент Великобритании N 954629, кл. G 2 J).

Однако и для данной оптической системы эндоскопа присущи существенные недостатки:
недостаточен вынос плоскости положения выходного зрачка при использовании короткофокусного с большим увеличением окуляра. Это связано с тем, что все объективы оборачивающихся систем СПИ выполнены одинаковыми, все они имеют телецентрический ход главных лучей, приводящий к тому, что выходной зрачок окуляра лежит в его задней фокальной плоскости;
велика себестоимость изготовления оптической системы и недостаточна надежность ее работы, так как каждый из объективов оборачивающей системы склеен из 2 - 4 оптических деталей, что обусловлено тем, что в каждом объективе СПИ самостоятельно устраняются продольные аберрации (астигматизм, сферическая, хроматизм).

Настоящее изобретение решает задачу увеличения выноса положения выходного зрачка эндоскопа с одновременным упрощением конструкции и повышением надежности работы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в оптической системе эндоскопа, содержащей объектив, окуляр, симметричную систему передачи изображения, построенную из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем, каждая из которых состоит из двух положительных двояковыпуклых компонентов, согласно изобретению в системе передачи изображения крайние компоненты (первый, расположенный за объективом, и последний, установленный перед окуляром) выполнены одинаковыми, склеенными из трех линз, при этом поверхности склеек выполнены с отрицательной оптической силой, а внутренние компоненты выполнены одинаковыми в виде симметричных стержневидных линз. Каждый из внутренних компонентов СПИ выполнен в виде концентрической-шаровой линзы, с показателем преломления - 11, лежащbм в пределах 1,5 ≤ 11 ≤ 1,7. Каждый из внутренних компонентов СПИ выполнен склеенным из выпукло-плоской, плосковыпуклой линз и расположенным между ними стержнем с плоскопараллельными торцами. Каждый из крайних компонентов СПИ выполнен склеенным из выпукло-вогнутой двояковыпуклой и вогнуто-выпуклой линз.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что благодаря конструктивным решениям, реализованным в оптической системе эндоскопа, увеличен вынос положения выходного зрачка и упрощена конструкция. Это достигается за счет выполнения в системе передачи изображения (СПИ) крайних компонентов относительно "тонкими". В таком компоненте нет оптической поверхности (как это имеет место в стержневидном компоненте), выполняющей роль коллектива, пригибающего к оптической оси главные лучи. Это обстоятельство позволяет получать положение выходного зрачка значительно удаленное от задней фокальной плоскости окуляра. А сами крайние склеенные из трех линз компоненты, работающие как объективы оборачивающей системы, позволяют легко скомпенсировать остаточные продольные аберрации, присущие простым (в виде одиночной стрежневидной линзы) внутренним компонентам СПИ, обеспечив тем самым приемлемое качество получаемого изображения.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером реализации устройства и чертежами, где представлено:
на фиг.1 - принципиальная схема оптической системы эндоскопа-прототипа;
на фиг.2 - принципиальные схемы заявляемой оптической системы;
на фиг.3 - таблица конструктивных данных оптической системы артроскопа;
на фиг.4 - таблица конструктивных данных оптической системы цитоскопа;
на фиг. 5 - графики продольных аберраций оптической системы артроскопа (фиг.5а, 5б) и оптической системы цитоскопа (фиг.5в, 5г), а именно сферической аберрации - L'_o и хроматизма для цветов C и F (фиг.5а, в), а также кривизны изображения в меридианальной (L'_m) и сагиттальной (L'_s) плоскостях.

Согласно изобретению оптическая система эндоскопа состоит (фиг. 2) из объектива 1, окуляра 2, системы передачи изображения 3, построенной из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем 4, каждая из которых состоит из двух двояковыпуклых компонентов 5, 6; 7, 8; 9, 10. Причем крайние компоненты 5 и 10 выполнены одинаковыми, склеенными из трех линз 11, 12, 13. Поверхности склеек 14 и 15 выполнены с отрицательной оптической силой. Внутренние компоненты 6 - 9 системы передачи изображения 3 выполнены одинаковыми в виде простых стержневидных линз. В частности, это может быть симметричная, как это имеет место в оптической системе артроскопа (фиг.2а, фиг. 3), концентрическая шаровая линза, с показателем преломления - 11, лежащим в интервале 1,5 ≤ 11 ≤ 1,7.

В зависимости от конкретной технологии изготовления стержневидной линзы каждый из внутренних компонентов 6 - 9 СПИ 3 может быть выполнен склеенным из выпукло-плоской 16, плосковыпуклой 18 линз и расположенным между ними стержнем 17 с плоскопараллельными торцами, как это имеет место в оптической системе цистоскопа (фиг.2б, фиг.4), в которой для снижения кривизны изображения (так как в СПИ 3 используется пять сворачивающих систем 4) линзы 16 и 18 выполнены из стекла с более высоким показателем преломления, чем расположенный между ними стержень 17 с плоскопараллельными торцами. Причем стержень 17 выполнен из стекла с высокой степенью пропускания.

Каждый из крайних компонентов 5 и 10 СПИ 3 для устранения присущих простым линзам (внутренних компонентов 6 - 9) продольных аберраций (сферической, хроматизма и астигматизма) выполнены склеенными из трех линз 11 - 13. Причем предпочтительно выполнение линз 11 и 13 в виде менисков с отрицательной оптической силой, а расположенной между ними линзы 12 - двояковыпуклой, имеющей показатель преломления, меньший чем у линз 11 и 13.

Работа оптической системы эндоскопа заключается в следующем.

Посредством объектива 1 формируется изображение рассматриваемых объектов в плоскости, расположенной перед системой передачи изображения 3, которая состоит из ряда последовательно расположенных вдоль оси оборачивающих систем 4, каждая из которых включает два объектива 5, 6 или 7, 8 или 8, 9. Оборачивающие системы 4 последовательно переносят одновременно переворачивая его в двух плоскостях (взаимно перпендикулярных) сформированное перед ним промежуточное изображение исследуемых объектов в плоскость, расположенную за соответствующей оборачивающей системой 4. Последняя оборачивающая система 4 формирует изображение объектов перед окуляром 2, через который изображение рассматривается под некоторым увеличением наблюдателем, зрачок глаза которого должен совпадать с выходным зрачком оптической системы эндоскопа. Однако это условие в известных оптических системах эндоскопов, в которых все оборачивающие системы выполнены одинаковыми при использовании короткофокусного (с большой оптической силой) окуляра, не всегда выполняется. Особенно в тех случаях, когда за окуляром установлена призма и защитное стекло, а окуляр имеет простую конструкцию. Это объясняется тем, что стержневидные объективы 5, 6 (7, 8 или 9, 10) оборачивающих систем 4 имеют телецентрический ход главных лучей в пространстве промежуточных изображений (в том числе и перед окуляром 4). Т.е. главные лучи идут в этом месте параллельно оптической оси, а следовательно за окуляром пересекают оптическую ось в заднем фокусе окуляра 4.

В заявляемой оптической системе эндоскопа главные лучи перед окуляром 4 попадают на окуляр в виде расходящегося пучка лучей и пересекают оптическую ось на задней фокальной плоскостью окуляра 4.

Причем объективы оборачивающих систем 4 выполнены двух типов:
а) внутренние объективы 6 - 9 выполнены одинаковыми в виде простых двояковыпуклых стержневидных линз;
б) установленный за объективом и последний, расположенный перед окуляром, выполнены склеенными из трех линз, при этом поверхности склеек выполнены с отрицательной оптической силой.

Однако в зависимости от технологии изготовления простые линзы 6 - 9 могут быть выполнены склеенными из выпукло-плоской 16, плосковыпуклой 18 линз и расположенного между ними стержня 17 с плоскими торцами.

По данному предложению в А/О "ВНИИМП-ВИТА" разработана и изготавливается оптическая система цистоскопа. Планируется организация серийного производства указанных приборов в РФ.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим системам эндоскопов, и может найти применение в эндоскопических приборах, предназначенных для осмотра и фотографирования различных полостей и биологических каналов человека. Оптическая система эндоскопа содержит объектив, окуляр, систему передачи изображения, построенную из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем. Каждая из оборачивающих систем состоит из двух двояковыпуклых компонентов. Крайние компоненты оборачивающей системы выполнены одинаковыми, склеенными из трех линз. Поверхности склеек выполнены с отрицательной оптической силой. Внутренние компоненты системы передачи изображения выполнены одинаковыми в виде простых стержневидных линз. Такое конструктивное выполнение оптической системы обеспечивает увеличение выноса выходного зрачка эндоскопа с одновременным упрощением конструкции и повышение надежности работы. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Оптическая система эндоскопа, содержащая объектив, окуляр, систему передачи изображения, построенную из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем, каждая из которых состоит из двух положительных двояковыпуклых стержневидных компонентов, отличающаяся тем, что в системе передачи изображения первый, установленный за объективом, и последний, расположенный перед окуляром, компоненты выполнены склеенными из трех линз, при этом поверхности склеек выполнены с отрицательной оптической силой, а остальные внутренние компоненты системы передачи изображения выполнены в виде простых линз. 2. Система эндоскопа по п.1, отличающаяся тем, что каждый из внутренних компонентов системы передачи изображения выполнен в виде симметричной, например шаровой, линзы с показателем преломления П, лежащем в интервале 1,5≤П≤1,7. 3. Система эндоскопа по п.1, отличающаяся тем, что каждый из внутренних компонентов системы передачи изображения выполнен склеенным из выпукло-плоской, плоско-выпуклой линз и расположенным между ними стержнем с плоскопараллельными торцами. 4. Система эндоскопа по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что каждый из крайних компонентов системы передачи изображения выполнен склеенным из выпукло-вогнутой, двояковыпуклой и вогнуто-выпуклой линз.