УСТРОЙСТВО МАГНИТНОЙ ФОКУСИРОВКИ Российский патент 2001 года по МПК G02B23/24 

Изобретение относится к оптическому медицинскому приборостроению, в частности к эндоскопии, и может быть использовано в устройствах, осуществляющих механическое соединение и оптическое согласование проксимального конца эндоскопа с фотографической или телевизионной аппаратурой, а также в других областях техники при необходимости осуществления перемещения объектов, находящихся в герметичных объемах.

Возможность рассмотрения эндоскопического изображения на видеомониторе является весьма перспективным развивающимся направлением в эндоскопии и приобретает все большее распространение в данной области медицины. При этом актуальными проблемами, которые решаются при конструировании эндоскопических соединителей, являются следующие. С одной стороны, соединители должны быть недорогими, простыми по конструкции, должны иметь возможность легко и быстро устанавливаться между эндоскопом и видеокамерой, а с другой стороны, они должны обеспечивать удобство проведения фокусировки изображения путем продольного осевого перемещения объектива, расположенного внутри герметичной камеры.

Попытки решить указанные проблемы встречаются в ряде отечественных и зарубежных патентов.

Известен целый ряд фокусировочных устройств [1-4], в которых, несмотря на разнообразие их конструкций, фокусировка эндоскопического изображения осуществляется посредством механической связи между фокусировочным кольцом, которое вращает оператор, и оправой объектива.

Известна приставка к эндоскопу для согласования с фото- или телекамерой [1], которая состоит из корпуса, имеющего продольные прорези. Через эти прорези проходят винты, соединяющие внешнюю обойму, установленную на корпусе и являющуюся фокусировочным кольцом, с оправой объектива, установленного в корпусе, фокусировка изображения осуществляется путем перемещения обоймы, скользящей по поверхности корпуса приставки. Однако, несмотря на несомненную простоту конструкции, ее недостатком является отсутствие герметизации корпуса с объективом, поэтому она неприемлема для медицинской эндоскопии.

Известен оптический прибор [2], содержащий соединенные между собой эндоскоп и подвижный окуляр. У одного конца цилиндрического корпуса прибора, расположенного близко к эндоскопу, закрепляется первая опора с линзой. Имеется наружная подвижная втулка, установленная на корпусе, охватывая его. В этой втулке установлена вторая линза. Втулка со второй опорой образуют крышку, закрывающую открытый конец корпуса, удаленный от эндоскопа. Приспособление осуществляет осевое перемещение втулки со второй линзой относительно корпуса, что позволяет регулировать расстояние между первой и второй линзами для фокусировки прибора. Между корпусом и втулкой размещено кольцевое уплотнение, позволяющее втулке поворачиваться и перемещаться вдоль оси корпуса с обеспечением герметичности.

Известен эндоскопический соединитель [3] японской фирмы Olimpus Kogaku Kogyo K.K., который содержит корпус, установленный в окулярном блоке эндоскопа. Внутри корпуса располагается оправа с объективом, имеющая возможность перемещения вдоль оптической оси. В оправу ввинчен штифт, который смещается при помощи кулачка, который может поворачиваться в результате поворота фокусировочного кольца, расположенного снаружи по отношению к корпусу. Корпус с объективом и все прочие элементы конструкции снабжены кольцевыми уплотнениями для обеспечения герметичности устройства.

Известна сверхкомпактная видеокамера для эндоскопов [4] американской фирмы Circon Corporation, в которой фокусировка оптической системы достигается путем относительного перемещения цилиндрического корпуса камеры и крышки вдоль оптической оси, которое обеспечивается канавкой, выполненной на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и кулачком, шаг которого относительно оптической оси обеспечивает необходимую регулировку фокуса. В конструкции обеспечена герметизация цилиндрического корпуса, не допускающая прохождение жидкости внутрь корпуса.

Общим недостатком известных соединителей [2, 3 и 4] является наличие в них механических элементов, которые для обеспечения фокусировки необходимо вводить внутрь герметичной камеры, нарушая тем самым ее герметичность и требуя дополнительных мер по предотвращению попадания загрязняющих веществ внутрь камеры.

Этот недостаток отсутствует у эндоскопических соединителей с магнитным фокусирующим приводом [5,6,7].

Известен эндоскопический соединитель [5] с магнитным регулятором фокуса, содержащий объектив, расположенный в герметичной камере и имеющий возможность продольного перемещения. Это перемещение обеспечивается при помощи приводных и приводимых магнитных пар, расположенных радиально относительно продольной оси камеры. Приводные магниты расположены снаружи по отношению к камере и соединены с фокусировочным кольцом соединителя. Через стенку камеры с помощью ферромагнитной связи осуществляется взаимодействие приводных магнитов с приводимым магнитным устройством, обеспечивающим осевое перемещение объектива. Недостатком устройства [5] является сложность конструкции.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является эндоскопический соединитель с магнитной связью [7], выбранный в качестве прототипа. Известное устройство содержит герметичную камеру с расположенным в ней объективом, при этом объектив установлен на специальной ферромагнитной опоре, которая может перемещаться относительно камеры. Опора имеет несколько кольцевых поясков, через которые и осуществляется ферромагнитная связь с магнитным элементом. Магнитный элемент расположен снаружи по отношению к камере и при фокусировке может перемещаться относительно камеры, вызывая соответствующее перемещение опоры с установленным в ней объективом.

Недостатком известного устройства [7] является то, что преобразование вращательного движения фокусировочного кольца в осевое перемещение магнитного элемента осуществляется за пределами герметичной камеры. В связи с этим для обеспечения герметизации требуются дополнительные средства, что приводит к увеличению сил трения между вращающимися деталями и возрастанию крутящего момента, а это в свою очередь препятствует плавности и легкости вращения фокусировочного кольца.

Другим недостатком прототипа, обусловленным осевым перемещением магнитного элемента, является необходимость точной подгонки и ориентации кольцевого магнита относительно корпуса привода. К недостаткам прототипа можно также отнести очень маленькую площадь магнитного потока, образующего замкнутый путь между магнитным элементом и ферромагнитной опорой, что требует применения сложного и дорогостоящего в изготовлении магнита с высокой коэрцитивной силой.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства при одновременном повышении плавности фокусировки и надежности работы устройства.

Для достижения этого технического результата предлагается устройство магнитной фокусировки, которое как и наиболее близкое к нему, выбранное в качестве прототипа, состоит из камеры, в герметичном корпусе которой установлен объектив, имеющий возможность продольного перемещения, фокусировочного кольца, расположенного коаксиально корпусу камеры, приводного кольцевого магнита, соединенного с фокусировочным кольцом и взаимодействующего через корпус камеры с элементом, жестко связанным с объективом. Особенностью предлагаемого изобретения является то, что корпус камеры выполнен ступенчатым, приводной магнит соединен с фокусировочным кольцом жестко, установлен коаксиально относительно части корпуса, имеющей меньший диаметр и примыкает к наружной торцевой стенке корпуса камеры. Соосно с приводным магнитом внутри камеры установлен приводимый кольцевой магнит, примыкающий к внутренней торцевой стенке камеры и закрепленный в обойме, образующей винтовую пару с жестко связанным с объективом элементом, на котором установлена шпонка, входящая в продольный паз, выполненный на внутренней стенке корпуса, имеющей меньший диаметр.

Выполнение задач, поставленных при создании предлагаемого изобретения, стало возможным благодаря следующему.

Как уже указывалось выше, обеспечение простыми средствами эффективной и надежной герметизации камеры, в которой находится объектив, а также удобство и легкость проведения фокусировки изображения являются важными факторами, определяющими надежность и качество работы устройства магнитной фокусировки. Этого удалось достичь благодаря следующему. В прототипе преобразование вращательного движения фокусировочного кольца в поступательное перемещение первого элемента, обеспечивающего магнитную фокусировку, а именно, приводного кольцевого магнита, осуществляется за пределами герметичной камеры. Кинематика прототипа, хотя и не сложна, но все-таки предусматривает целый ряд деталей: дополнительную фокусировочную втулку (помимо основного фокусировочного кольца) со спиральной канавкой, опору, в которую установлен магнит, ввинченный в опору винт, головка которого входит в спиральную канавку. В связи с этим в конструкции прототипа предусмотрены средства для дополнительной герметизации упомянутых элементов кинематики, а именно: уплотнительные прокладки, пружинящие шайбы. Кроме того, в связи с тем, что в прототипе кольцевой приводной магнит продольно перемещается, для обеспечения плавности и легкости его хода необходима тщательная подгонка его размеров, а также дополнительная ориентация (стабилизирующий стержень прототипа). В предлагаемом устройстве магнитной фокусировки просто и вместе с тем эффективно решены указанные выше проблемы. Сам приводной кольцевой магнит не имеет продольного перемещения, а только вращается, так как жестко соединен непосредственно с фокусировочным кольцом. При этом весь процесс преобразования вращательного движения фокусировочного кольца в поступательное перемещение объектива перенесен внутрь герметичной камеры и осуществляется в предлагаемом изобретении благодаря вновь введенным признакам, а именно: второму (приводимому) кольцевому магниту, расположенному уже внутри герметичной камеры, и винтовой паре (обойма плюс ползун). Никакие дополнительные герметизирующие элементы не требуются, что имело место в прототипе, легкости и плавности вращения фокусировочного кольца, а также ходу самого объектива ничто не препятствует. Ступенчатая форма корпуса герметичной камеры обеспечивает компактность размещения всех элементов предлагаемой конструкции, а шпоночное соединение введено для предотвращения возможности поворота продольно перемещающегося объектива. Следует также отметить, что надежная ферромагнитная связь между приводным и приводимым магнитами обеспечивается за счет большой площади магнитного потока, проходящего через торцевые поверхности кольцевых многополюсных постоянных магнитов. Такие магниты недороги и просты в изготовлении.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлен осевой разрез одного из конкретных примеров выполнения устройства магнитной фокусировки.

Устройство магнитной фокусировки состоит из камеры 1, которая образована ступенчатым герметичным корпусом 2. Со стороны эндоскопа 3 корпус 2, соединенный с эндоскопом 3 при помощи зажима 4, герметизируется защитным стеклом 5. С другой стороны к корпусу 2 герметично присоединена видеокамера 6. Внутри камеры 1 на ползуне 7 жестко закреплен объектив 8, который вместе с ползуном 7 имеет возможность перемещения вдоль оси камеры 1. Коаксиально корпусу 2 камеры 1 установлено фиксирующее кольцо 9, к которому жестко присоединен, например, приклеен приводной кольцевой магнит 10. Приводной магнит 10 своей торцевой поверхностью примыкает к наружной поверхности кольцевой стенки 11, образованной ступенями корпуса 2. Соосно с приводным магнитом 10 внутри герметичной камеры 1, контактируя с внутренней поверхностью кольцевой стенки 11, в обойме 12 закреплен приводимый кольцевой магнит 13. Магниты 10 и 13 имеют одинаковые геометрические и магнитные параметры и могут быть изготовлены, например, из магнитотвердого феррита. Обойма 12 образует винтовую пару с ползуном 7, в котором установлена шпонка 14, которая входит в продольный паз 15, выполненный на внутренней стенке ступенчатого корпуса 2, имеющей меньший диаметр. В корпусе 2 установлены также два упора 16 и 17, ограничивающие перемещение ползуна 7, несущего на себе объектив 8. Упор 17 препятствует также осевому перемещению обоймы 12. Для обеспечения необходимого обязательного чувства при вращении фокусировочного кольца 9 между магнитами 10, 13 и кольцевой стенкой 11 камеры могут быть установлены прокладки 18, 19.

Фокусировка осуществляется путем перемещения объектива 8 слева направо между упорами 16 и 17, установленными в герметичной камере 2. Наблюдая за изображением на экране монитора, оператор вращает фокусировочное кольцо 9, добиваясь резкого изображения. При этом вместе с фокусировочным кольцом 9 вращается приводной кольцевой магнит 10, который через стенку камеры 1 взаимодействует с приводным магнитом 13, вызывая его вращение. Вращаясь вместе с магнитом 13, обойма 12 ввинчивает в себя ползун 7 или ввинчивает его, вызывая осевое перемещение ползуна 7 внутри корпуса 2. От проворота ползун 7 удерживает шпонка 14, входящая в паз 15. Объектив 8, жестко связанный с ползуном 7, перемещается внутри герметичной камеры 1, фокусируя изображение наблюдаемого объекта на экране монитора.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию, обеспечивает плавность фокусировки, очень просто в изготовлении и надежно в работе.

Использованные источники
1. Авт. свид. РФ 1621873, кл. A 61 B 1/00, G 02 B 23/00, опубл. 23.01.91.

2. Патент США 4569333, кл. A 61 B 1/00, опубл. 11.02.86.

3. Заявка Японии 61-33165, G 02 B 23/24, A 61 B 1/00, G 03 B 17/48, опубл. 31.07.86.

4. Патент США 4639772, кл. H 04 N 7/18, опубл. 27.01.87.

5. Авт. свид. РФ 1389747, кл. A 61 B 1/00, A 61 B 17/52, опубл. 27.01.87.

6. Патент США 5359992, кл. A 61 B 1/00, опубл. 01.11.94.

7. Патент США 5056902, кл. G 02 B 7/04, G 02 B 7/08, G 02 B 23/24, опубл. 15.10.91 - прототип.

Изобретение относится к оптическому медицинскому приборостроению, в частности к эндоскопии, и может быть использовано в устройствах, осуществляющих механическое соединение и оптическое согласование проксимального конца эндоскопа с фотографической или телевизионной аппаратурой, а также при необходимости осуществления перемещения объектов, находящихся в герметичных объемах. Устройство состоит из камеры, в герметичном корпусе которой установлен объектив, фокусировочного кольца, приводного кольцевого магнита, соединенного с фокусировочным кольцом и взаимодействующего через корпус камеры с элементом, жестко связанным с объективом. Корпус камеры выполнен ступенчатым, приводной магнит соединен с фокусировочным кольцом жестко. Соосно с приводным магнитом внутри камеры установлен приводимый кольцевой магнит, примыкающий к внутренней торцевой стенке камеры и закрепленный в обойме, образующей винтовую пару с жестко связанным с объектом элементом, на котором установлена шпонка. Технический результат - упрощение конструкции устройства при одновременном повышении плавности фокусировки и надежности работы устройства. 1 ил.

Устройство магнитной фокусировки, состоящее из камеры, в герметичном корпусе которой установлен объектив, имеющий возможность осевого перемещения, фокусировочного кольца, расположенного коаксиально корпусу камеры, приводного кольцевого магнита, соединенного с фокусировочным кольцом и взаимодействующего через корпус камеры с элементом, жестко связанным с объективом, отличающееся тем, что корпус камеры выполнен ступенчатым, приводной магнит соединен с фокусировочным кольцом жестко, установлен коаксиально относительно части корпуса, имеющей меньший диаметр, и примыкает к наружной торцевой стенке корпуса камеры, соосно с приводным магнитом внутри камеры установлен приводимый кольцевой магнит, примыкающий к внутренней торцевой стенке камеры и закрепленный в обойме, образующей винтовую пару с жестко связанным с объектом элементом, на котором установлена шпонка, входящая в продольный паз, выполненный на внутренней стенке корпуса, имеющей меньший диаметр.