ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ЭНДОСКОПИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА, ПРИВОД ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ И ЭНДОСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2017 года по МПК G02B13/00 G02B23/24 A61B1/55 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

По данной заявке в соответствии с §119 Кодекса законов США 35 U.S.C. испрашивается приоритет патентной заявки Кореи № 10-2011-0125311, поданной 28 ноября 2011 г. в Патентное Ведомство Кореи, описание которой во всей ее полноте введено в настоящее описание в качестве ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

Общая концепция настоящего изобретения относится к объективу цифрового фотографического аппарата, приводу для фокусировки этого объектива и к содержащему этот объектив эндоскопу.

2. Современный уровень техники

Эндоскопия широко используется в медицинских исследованиях, диагностике и лечении пациентов с заболеваниями внутренних органов. Эндоскопия обеспечивает быстрое восстановление пациентов после медицинских операций, а также наделяет медицинский персонал большей гибкостью при проведении хирургических и других операций. Таким образом, эндоскопия, в общем, находит разнообразное применение в больницах и клиниках.

За последние годы эндоскопическая аппаратура постепенно развивалась. Например, были разработаны устройства воспроизведения изображения, принимаемого по волоконно-оптическому световоду, позволяющие использовать цифровой зонд. Были созданы также объективы с целью удовлетворения требований, соответствующих современным датчикам изображения. Хотя конструкция объектива эндоскопа как линзы может быть простой, размер эндоскопа ограничен.

Не так давно были введены новые стандарты качества изображения для эндоскопов. Опция максимального эффективного разрешения изображения увеличилась с 0,3 мегапикселей (Мп) до 1,3 Мп и выше. Высокое качество изображения важно для медицинского персонала, чтобы обеспечивать четкое рассматривание пораженной области. Поскольку размер устройства формирования изображения ограничен, а размер чувствительного зонда остался неизменным, то для того, чтобы добиться возможности получения вышеупомянутого разрешения, размер пикселя был уменьшен. Однако при меньших размерах пикселя (высокое разрешение) из-за дифракционных ограничений трудно получить большую глубину резкости.

Кроме того, для выполнения фокусировки установленного в эндоскопе объектива по меньшей мере одна из линз объектива перемещается вдоль его оптической оси. Эта операция, однако, увеличивает размер системы объектива, приводной механизм для перемещения этой линзы является сложным, а поэтому является сложной и система управления. Более того, система фокусировки, как описано выше, может быть неудобной для использования вследствие малой глубины поля зрения при фокусировке на близком расстоянии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Общая концепция настоящего изобретения предлагает объектив для эндоскопа, который может быть сфокусирован с использованием простого, эффективного и недорогого способа.

Кроме того, общая концепция настоящего изобретения предлагает привод для фокусировки объектива эндоскопа.

Кроме того, общая концепция настоящего изобретения предлагает также экономичную по стоимости систему эндоскопа, которая имеет прекрасные характеристики по фокусировке.

Дополнительные признаки и особенности общей концепции настоящего изобретения частично будут раскрыты в нижеследующем разделе описания, а частично станут очевидны из описания или могут быть изучены в процессе реализации этой общей концепции изобретения.

В соответствии с примерным вариантом исполнения настоящей общей концепции изобретения предложен объектив для эндоскопа, содержащий множество линз, диафрагму и расположенный рядом с диафрагмой оптический элемент, причём фокусное расстояние объектива является переменным в соответствии с перемещением этого оптического элемента в направлении, отличном от оптической оси множества линз.

Множество линз содержит переднюю группу линз, имеющих отрицательную преломляющую способность, которая расположена перед диафрагмой, и заднюю группу линз, имеющих положительную преломляющую способность (силу рефракции), которая расположена позади диафрагмы, а между передней группой линз и диафрагмой или между диафрагмой и задней группой линз расположен оптический элемент, при этом передняя группа линз включает в себя первую линзу, имеющую отрицательную преломляющую способность, и вторую линзу, имеющую положительную преломляющую способность, а задняя группа линз включает в себя третью линзу, имеющую положительную преломляющую способность, четвертую линзу, имеющую положительную преломляющую способность, и пятую линзу, имеющую отрицательную преломляющую способность.

Для объектива может быть справедливо следующее уравнение:

0,8≤|d_s/f_G1|≤1,8

где d_s обозначает расстояние между вершиной первой линзы со стороны пространства объектов и диафрагмой, а f_G1 обозначает фокусное расстояние передней группы линз.

Перемещение оптического элемента может осуществляться между положением оптической оси и положением, отличным от оптической оси.

Оптический элемент может быть прозрачным оптическим элементом, не имеющим оптической силы.

Оптический элемент может быть стеклянной пластиной, имеющей две плоские поверхности.

Оптический элемент может иметь положительную преломляющую способность или отрицательную преломляющую способность.

Перемещение оптического элемента может осуществляться в направлении, перпендикулярном оптической оси множества линз.

Диафрагменное число Fno объектива может иметь значение в диапазоне от 4 до 6.

Глубина поля объектива может иметь значение в диапазоне от 5 до 100 мм на дальнем расстоянии, и глубина поля объектива может иметь значение в диапазоне от 2,5 до 10 мм на ближнем расстоянии.

Вторая линза может быть линзой менискового типа, имеющей выпуклую поверхность со стороны пространства изображения объектива.

Для объектива может быть справедливо следующее уравнение:

d₄₈/f_fr≥2,0

где d₄₈ обозначает расстояние между вершиной второй линзы в пространстве изображения объектива и вершиной третьей линзы в пространстве объектов объектива, а f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива.

Четвертая линза и пятая линза могут быть скреплены между собой.

Для объектива может быть справедливо следующее уравнение:

f₂/f_fr≥6,0

0,3≤f₄₅/f₂≤2,5

где f₂ обозначает фокусное расстояние второй линзы, f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива, а f₄₅ обозначает фокусное расстояние скрепленных четвертой и пятой линз.

Вторая линза и третья линза могут содержать асферические поверхности.

В соответствии с примерными вариантами исполнения настоящей общей концепции изобретения предложена система эндоскопа, содержащая изгибаемый участок, имеющий удаленный конец, и расположенный на удаленном конце изгибаемого участка объектив, а также вводимый участок, соединенный с изгибаемым участком на конце изгибаемого участка напротив удаленного конца, причём объектив содержит множество линз, диафрагму и расположенный рядом с диафрагмой оптический элемент, причём фокусное расстояние объектива является переменным в соответствии с перемещением этого оптического элемента в направлении, отличном от направления оптической оси множества линз.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие признаки и особенности настоящей общей концепции изобретения станут более очевидными и более понятными из нижеследующего описания вариантов осуществления настоящего изобретения, рассмотренного вместе с сопроводительными чертежами, на которых

фиг.1 представляет собой вид поперечного сечения объектива для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения;

фиг.2А иллюстрирует фокусировку удаленного объекта, выполненную с использованием объектива по фиг.1

фиг.2В иллюстрирует фокусировку близкорасположенного объекта, выполненную с использованием объектива по фиг.1;

фиг.3А иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.1 фокусировки удаленного объекта;

фиг.3В иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.1 фокусировки близкорасположенного объекта;

фиг.4 представляет собой вид поперечного сечения объектива для эндоскопа в соответствии с другим вариантом осуществления настоящей общей концепции изобретения;

фиг.5А иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.4 фокусировки удаленного объекта;

фиг.5В иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.4 фокусировки близкорасположенного объекта;

фиг.6 представляет собой вид поперечного сечения объектива для эндоскопа в соответствии с другим вариантом осуществления настоящей общей концепции изобретения;

фиг.7А иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.6 фокусировки удаленного объекта;

фиг.7В иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.6 фокусировки близкорасположенного объекта;

фиг.8 представляет собой вид поперечного сечения объектива для эндоскопа в соответствии с другим вариантом осуществления настоящей общей концепции изобретения;

фиг.9А иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.8 фокусировки удаленного объекта;

фиг.9В иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.8 фокусировки близкорасположенного объекта;

фиг.10 представляет собой вид поперечного сечения объектива для эндоскопа в соответствии с другим вариантом осуществления настоящей общей концепции изобретения;

фиг.11А иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.10 фокусировки на удаленный объект;

фиг.11В иллюстрирует аберрации, возникающие при выполнении объективом для эндоскопа по фиг.10 фокусировки на близкорасположенный объект;

фиг.12 представляет собой условный вид привода для выполнения фокусировки в соответствии с примерной общей концепцией изобретения;

фиг.13 представляет собой условный вид системы эндоскопа, содержащей объектив в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОКАЗАННЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Теперь рассмотрим более подробно примерные варианты осуществления настоящей общей концепции изобретения, примеры которых показаны на сопроводительных чертежах, на которых одни и те же ссылочные позиции по всему тексту относятся к одним и тем же элементам. Эти примерные варианты осуществления описаны ниже со ссылками на иллюстрации с целью пояснения настоящей общей концепции изобретения.

Обратимся к фиг.1, на которой объектив 10 для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения включает в себя переднюю группу G1 линз, диафрагму ST и заднюю группу G2 линз, которые последовательно расположены со стороны О пространства объектов. Оптический элемент ОЕ может быть расположен рядом с диафрагмой ST. Оптический элемент ОЕ может быть расположен, например, между передней группой G1 линз и диафрагмой ST или между диафрагмой ST и задней группой G2 линз. Оптический элемент ОЕ является подвижным в направлении, отличном от направления оптической оси, и с использованием этого оптического элемента ОЕ может выполняться фокусировка. Диафрагма ST может быть неподвижной диафрагмой с постоянной апертурой. Таким образом, в соответствии с объективом 10 для эндоскопа количество света, проходящего через эту аппретуру, может быть постоянным.

Когда оптический элемент ОЕ установлен на оптической оси так, как это показано на фиг.2А, фокусное расстояние увеличено, а когда оптический элемент ОЕ перемещается и отклоняется от оптической оси, как показано на фиг.2В, фокусное расстояние может быть уменьшено.

Оптический элемент ОЕ может быть, например, прозрачным оптическим элементом, не имеющим оптической силы. Здесь под силой понимается преломляющая способность. Когда оптический элемент ОЕ является элементом, не имеющим оптической силы, обусловленное этим оптическим элементом ОЕ увеличение стоимости является небольшим, и общая оптическая сила объектива вследствие этого не изменяется, и, таким образом, можно легко управлять аберрациями, то есть оптический элемент ОЕ может перемещаться с высокой степенью свободы.

Однако этот оптический элемент ОЕ этим не ограничен и может также быть элементом с оптической силой. Другими словами, оптический элемент ОЕ может иметь положительную преломляющую способность или отрицательную преломляющую способность.

Когда оптический элемент ОЕ расположен рядом с диафрагмой ST, оптический элемент перемещается на небольшое расстояние, соответствующее апертуре диафрагмы ST, и, следовательно, увеличение размера объектива 10, вследствие перемещения оптического элемента ОЕ, может быть небольшим.

Как описано выше, оптический элемент ОЕ объектива 10 для эндоскопа может перемещаться в направлении, отличном от оптической оси, например, в направлении, перпендикулярном оптической оси, для регулирования фокусного расстояния и получения изображения с высоким разрешением. Например, объектив 10 для эндоскопа может иметь диафрагменное число Fno в диапазоне от 4 до 6. Кроме того, глубина резкости (DOF) объектива 10 на удаленном расстоянии может находиться в диапазоне от 5 до 100 мм, и DOF линзы 10 на ближнем расстоянии может находиться в диапазоне от 2,5 до 10 мм. Поскольку участок перекрытия находится в диапазоне глубины резкости на удаленном расстоянии и в диапазоне глубины резкости на ближнем расстоянии, как указано выше, четкое изображение на ближнем расстоянии может быть получено.

Поскольку оптический элемент ОЕ не имеет оптической силы, степень свободы перемещения этого оптического элемента ОЕ столь высока, что фокусировка может производиться и тогда, когда оптический элемент ОЕ расположен на оптической оси, и тогда, когда он отклоняется от оптической оси. Кроме того, при выполнении фокусировки перемещение оптического элемента ОЕ не ограничено в направлении, перпендикулярном оптической оси, и этот оптический элемент ОЕ может также перемещаться по меньшей мере на один угол.

Поскольку чувствительность оптического элемента ОЕ невелика, этот оптический элемент ОЕ может изготавливаться просто, и производственные затраты на это могут быть низкими. Оптический элемент ОЕ может быть сформирован из стеклянной пластины. По меньшей мере одна поверхность этой стеклянной пластины может быть плоской. Поверхность оптического элемента ОЕ, например, может быть ступенчатой, и в этом случае фокусное расстояние может изменяться различными шагами.

Обратимся к фиг.1, на которой передняя группа G1 линз может иметь отрицательную преломляющую способность. Передняя группа G1 линз может включать в себя первую линзу L1, имеющую отрицательную преломляющую способность, и вторую линзу L2, имеющую положительную преломляющую способность. Задняя группа G2 линз может иметь положительную преломляющую способность. Задняя группа G2 линз может включать в себя третью линзу L3, имеющую положительную преломляющую способность, четвертую линзу L4, имеющую положительную преломляющую способность, и пятую линзу L5, имеющую отрицательную преломляющую способность. Со стороны пространства изображения I задней группы G2 линз дополнительно может быть включено покрывающее стекло CG.

Вторая линза L2 может быть линзой менискового типа, имеющей выпуклую поверхность по направлению стороны пространства изображения I. Вторая линза L2 и третья линза L3 могут быть асферическими линзами. Кроме того, четвертая линза L4 и пятая линза L5 могут быть скреплены между собой.

На фиг.1 отмечены расстояния d1-d13. Расстояние d1 является расстоянием между поверхностями первой линзы L1 вдоль оптической оси. Расстояние d2 представляет собой расстояние между соседними поверхностями первой линзы L1 и второй линзы L2 вдоль оптической оси. Расстояние d3 представляет собой расстояние между поверхностями второй линзы L2 вдоль оптической оси. Расстояние d4 представляет собой расстояние между соседними поверхностями второй линзы L2 и диафрагмой ST вдоль оптической оси. Расстояние d5 представляет собой расстояние между соседними поверхностями диафрагмы ST и оптического элемента ОЕ вдоль оптической оси. Расстояние d6 представляет собой расстояние между поверхностями оптического элемента ОЕ вдоль оптической оси. Расстояние d7 представляет собой расстояние между соседними поверхностями оптического элемента ОЕ и третьей линзы L3 вдоль оптической оси. Расстояние d8 представляет собой расстояние между поверхностями третьей линзы L3 вдоль оптической оси. Расстояние d9 представляет собой расстояние между соседними поверхностями третьей линзы L3 и четвертой линзы L4 вдоль оптической оси. Расстояние d10 представляет собой расстояние между поверхностями четвертой линзы L4 вдоль оптической оси. Расстояние d11 представляет собой расстояние между поверхностями пятой линзы L5 вдоль оптической оси. Расстояние d12 представляет собой расстояние между соседними поверхностями пятой линзы L5 и покрывающего стекла CG вдоль оптической оси. Расстояние d13 представляет собой расстояние между поверхностями покрывающего стекла CG вдоль оптической оси.

Для объектива 10 эндоскопа может быть справедливо следующее уравнение 1:

0,8≤|d_s/f_G1|≤1,8(1)

где d_s обозначает расстояние между вершиной поверхности первой линзы L1 со стороны пространства объектов О и диафрагмой ST, то есть d_s=d1+d2+d3+d4, а f_G1 обозначает фокусное расстояние передней группы G1 линз.

Если уравнение 1 выполняется, то общий размер объектива 10 может быть уменьшен. Размер объектива 10 может определяться размером оптического элемента ОЕ и размерами линз, а эти размеры могут быть связаны с положением диафрагмы ST. Для того чтобы иметь достаточную высоту световых лучей на поверхности линзы, диафрагма ST может быть расположена примерно в средней точке между первой линзой L1 и третьей линзой L3. Кроме того, для того чтобы уменьшить или минимизировать размер оптического элемента ОЕ, этот оптический элемент ОЕ предпочтительно может быть расположен как можно ближе к диафрагме ST. Соответственно, нижний предел уравнения 1 определяет минимальный размер задней группы G2 линз, а верхний предел уравнения 1 определяет минимальный размер передней группы G1 линз. То есть при выполнении уравнения 1 могут быть либо уменьшены высоты световых лучей на передней группе G1 линз и на задней группы G2 линз, либо размеры передней и задней групп G1 и G2 линз могут быть минимизированы таким образом, что размеры передней и задней групп G1 и G2 линз станут примерно одинаковыми. Уравнение 1 может определять баланс размеров передней группы G1 линз и задней группы G2 линз внутри объектива 10.

Для объектива 10 эндоскопа может быть справедливо следующее уравнение 2:

d₄₈/f_fr≥2,0(2)

где d₄₈ обозначает расстояние между вершиной второй линзы L2 со стороны пространства объектов I и вершиной третьей линзы L3 со стороны пространства объектов О, то есть d4+d5+d6+d7, а f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива 10.

Для того чтобы уменьшить или минимизировать размер объектива 10, свободное пространство внутри объектива 10 может быть уменьшено. Свободное пространство может быть организовано между передней группой G1 линз и задней группой G2 линз для установки туда приводного средства (не показано) с целью перемещения оптического элемента ОЕ. При выполнении уравнения 2 пространство, которое необходимо для размещения оптического элемента ОЕ и приводного средства (не показано), которое перемещает оптический элемент ОЕ, может быть предусмотрено между передней группой G1 линз и задней группой G2 линз, то есть между второй линзой L2 и третьей линзой L3. Если объектив 10 расположен вне диапазона уравнения 2, то спроектировать и собрать приводное средство для перемещения оптического элемента ОЕ может быть трудно.

Кроме того, для объектива 10 могут быть справедливы нижеследующие уравнения 3 и 4:

f₂/f_fr≥6,0(3)

0,3≤f₄₅/f₂≤2,5(4)

где f₂ обозначает фокусное расстояние второй линзы L2, f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива 10, а f₄₅ обозначает фокусное расстояние линзового дуплета, включающего в себя четвертую линзу L4 и пятую линзу L5.

Уравнения 3 и 4 могут определять распределение оптической силы между третьей линзой L3 и скрепленными четвертой линзой L4 и пятой линзой L5 со второй линзой L2. При выполнении уравнений 3 и 4 можно корректировать аберрации объектива 10 и тем самым получать изображение высокого разрешения. При выполнении уравнения 3 может быть скорректирована кома широкого поля зрения, а при выполнении уравнения 4 может быть скорректирована кома, а также хроматическая аберрация объектива 10.

Асферическая поверхность может быть определена следующим образом. Асферическая форма асферической линзы, включенной в предназначенный для эндоскопа объектив 10, может быть описана нижеприведенным уравнением 5, в предположении, что направление оси x представляет собой направление оптической оси, ось y - направление, перпендикулярное направлению оптической оси, а направление распространения световых лучей - положительное направление. В уравнении 5 х обозначает расстояние от вершины линзы в направлении оптической оси, а у обозначает расстояние от вершины линзы в направлении, перпендикулярном оптической оси; К обозначает коэффициент конусности; А, В и D представляют собой коэффициенты асферичности, а с обозначает величину, обратную радиусу кривизны (1/R) относительно вершины линзы.

(5)

В соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения компактный объектив 10 для эндоскопа, который может иметь низкую производственную стоимость, как будет описано ниже, может быть скомпонован в соответствии с различными конфигурациями.

Далее, когда объектив 10 сфокусирован на удаленный объект, f_fr обозначает заднее фокусное расстояние всего объектива 10 для удаленного объекта; Fno_fr обозначает диафрагменное число для удаленного объекта; а 2ω_fr обозначает угол зрения для удаленного объекта. Аналогично, когда объектив 10 сфокусирован на близкий объект, f_nr обозначает заднее фокусное расстояние всего объектива 10 для близкого объекта; Fno_nr обозначает диафрагменное число для близкого объекта; а 2ω_nr обозначает угол зрения для близкого объекта. Кроме того, R обозначает радиус кривизны, dn (n - натуральное число) обозначает толщину линзы по центру или расстояние между линзами, Nd обозначает показатель преломления, а Vn обозначает число Аббе. Кроме того, Ob обозначает поверхность объекта, ST обозначает диафрагму, а Asph обозначает асферическую поверхность. Линзы каждой группы линз обозначены на чертежах одними и теми же ссылочными позициями, а sn (n - натуральное число) обозначает номер поверхности линзы. Например, в направлении от поверхности объекта Ob к изображению I первая линза L1 имеет поверхности s1 и s2, вторая линза L2 имеет поверхности s3 и s4, диафрагма обозначена как s5, оптический элемент имеет поверхности s6 и s7, третья линза L3 имеет поверхности s8 и s9, четвертая линза L4 имеет поверхности s10 и s11, пятая линза L5 имеет поверхности s11 и s12, а покрывающее стекло CG имеет поверхности s13 и s14. Единица расстояния выражается в миллиметрах, а угловая единица поля зрения выражается в градусах.

Фиг.1 показывает объектив 10 для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения. Конструктивные параметры показанного на фиг.1 объектива 10 приведены ниже.

Таблица 1
f_fr=0,88; Fno_fr=4,11; 2ω_fr=132,3°;
f_nr=0,84; Fno_nr=4,13; 2ω_nr=137,6° Поверхность линзы Радиус кривизны (R) Толщина(dn) Nd Vd Ob D0 s1 18,20 0,50 1,8061 40,90 s2 1,10 0,89 s3 -2,58 0,98 1,8467 23,80 s4 -2,15 0,90 s5 (ST) Бесконечность 0,20 s6 Бесконечность 0,60 N6 V6 s7 Бесконечность 0,90 s8 31,50 1,24 1,8348 42,73 s9 -2,86 0,10 s10 3,10 1,57 1,7880 47,35 s11 -2,10 0,47 2,1540 17,15 s12 Бесконечность 1,02 s13 Бесконечность 0,60 1,5168 64,17 IMG Бесконечность

Приведенная ниже таблица 2 показывает параметры, относящиеся к оптическому элементу ОЕ при выполнении фокусировки на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние.

Таблица 2 Фокусировка на длинное расстояние Фокусировка на короткое расстояние D0 9,0 6,0 N6 2,0052 1,0 (воздух) V6 21,00 - (воздух)

Фиг.3А и 3В показывают сферические аберрации, астигматическую кривизну поля и дисторсию объектива 10 для эндоскопа в соответствии с фиг.1 при фокусировке на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние, соответственно. В качестве астигматической кривизны поля приведены тангенциальная кривизна поля (Т) и сагиттальная кривизна поля (S).

Фиг.4 показывает объектив 10а для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения, а в нижеприведенной таблице 3 приведены конструктивные параметры объектива 10а по фиг.4.

Таблица 3
f_fr=0,81; Fno_fr=4,1; 2ω_fr=140,8°;
f_nr=0,78; Fno_nr=3,9; 2ω_nr=146,8° Поверхность линзы Радиус кривизны (R) Толщина Nd Vd Ob D0 s1 8,00 0,40 1,8866 34,95 s2 1,02 0,95 s3 -2,23 0,92 1,6889 31,12 s4 -1,85 0,90 s5 (ST) Бесконечность 0,20 s6 Бесконечность 0,60 N6 V6 s7 Бесконечность 0,90 s8 11,76 1,38 1,7720 49,98 s9 -2,90 0,10 s10 2,96 1,60 1,7720 49,98 s11 -2,00 0,54 2,1540 17,15 s12 Бесконечность 0,92 s13 Бесконечность 0,60 1,5168 64,17 IMG Бесконечность

Приведенная ниже таблица 4 показывает параметры, относящиеся к оптическому элементу ОЕ при выполнении фокусировки на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние.

Таблица 4 Фокусировка на длинное расстояние Фокусировка на короткое расстояние D0 9,0 5,0 N6 2,0170 1,0 (воздух) V6 20,83 - (воздух)

Фиг.5А и 5В показывают сферические аберрации, астигматическую кривизну поля и дисторсию объектива 10а для эндоскопа в соответствии с вариантом осуществления по фиг.4 при фокусировке на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние, соответственно.

Фиг.6 показывает объектив 10b для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения, а в нижеприведенной таблице 5 приведены конструктивные параметры объектива 10а по фиг.5. Вторая линза L2b и третья линза L3b объектива 10b являются асферическими линзами. Кроме того, вторая линза L2b и третья линза L3b могут быть выполнены из пластика.

Таблица 5
f_fr=0,85; Fno_fr=4,0; 2ω_fr=140,0°;
f_nr=0,77; Fno_nr=3,8; 2ω_nr=149,0° Поверхность линзы Радиус кривизны (R) Толщина Nd Vd Ob D0 s1 14,00 0,40 1,7720 49,98 s2 1,01 0,78 s3 (асферич.) -2,64 0,70 1,5855 29,91 s4 (асферич.) -2,43 0,75 s5 (ST) Бесконечность 0,05 s6 Бесконечность 0,80 N6 V6 s7 Бесконечность 0,85 s8 (асферич.) 3,98 1,35 1,5364 57,10 s9 (асферич.) -1,60 0,10 s10 4,45 1,52 1,7720 49,98 s11 -2,15 0,60 2,1540 17,15 s12 Бесконечность 0,69 s13 Бесконечность 1,00 1,5225 62,22 IMG Бесконечность

Приведенная ниже таблица 6 показывает коэффициенты асферичности поверхностей s3 и s4 второй линзы L2b, а также поверхностей s8 и s9 третьей линзы L3b объектива 10b по фиг.6 для эндоскопа.

Таблица 6 Асферическая поверхность К А В С D Асфер. 3 -22,1306 0 0 0 0 Асфер. 4 4,1707 0,4319Е-01 0 0 0 Асфер. 8 1,8386 -0,14085-01 0 0 0 Асфер. 9 -1,0000 0,2507Е-02 0,5716Е-03 0 0

Приведенная ниже таблица 7 показывает параметры, относящиеся к оптическому элементу ОЕ при выполнении фокусировки на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние.

Таблица 7 Фокусировка на длинное расстояние Фокусировка на короткое расстояние D0 10,0 4,0 N6 1,5168 1,0 (воздух) V6 64,17 - (воздух)

Фиг.7А и 7В показывают сферические аберрации, астигматическую кривизну поля и дисторсию объектива 10b для эндоскопа в соответствии с вариантом исполнения по фиг.6 при фокусировке на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние, соответственно.

Фиг.8 показывает объектив 10с для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения, а в нижеприведенной таблице 8 показаны конструктивные параметры объектива 10с по фиг.8. Вторая линза L2c и третья линза L3c объектива 10 являются асферическими линзами. Кроме того, вторая линза L2c и третья линза L3c могут быть выполнены из пластика.

Таблица 8
f_fr=0,78; Fno_fr=4,0; 2ω_fr=140,9°;
f_nr=0,75; Fno_nr=4,0; 2ω_nr=147,3° Поверхность линзы Радиус кривизны (R) Толщина Nd Vd Ob DO s1 22,20 0,40 1,7720 49,98 s2 1,07 0,84 s3 (асферич.) -2,00 0,80 1,5855 29,91 s4 (асферич.) -2,16 0,95 s5 (ST) Бесконечность 0,20 s6 Бесконечность 0,50 N6 V6 s7 Бесконечность 0,90 s8 (асферич.) 4,87 1,47 1,5364 57,10 s9 (асферич.) -2,04 0,10 s10 3,90 1,50 1,7720 49,98 s11 -2,10 0,45 2,1540 17,15 s12 Бесконечность 0,68 s13 Бесконечность 1,00 1,5168 64,17 IMG Бесконечность

Приведенная ниже таблица 9 показывает коэффициенты асферичности поверхностей s3 и s4 второй линзы L2c, а также поверхностей s8 и s9 третьей линзы L3c объектива 10с по фиг.8 для эндоскопа.

Таблица 9 Асферическая поверхность К А В С D Асфер. 3 -12,7200 0 0 0 0 Асфер. 4 -12,4792 -0,6370Е-01 0,3504Е-02 0 0 Асфер. 8 1,7550 -0,76790-02 0 0 0 Асфер. 9 -4,0780 -0,2709Е-01 0,1546Е-01 0 0

Приведенная ниже таблица 10 показывает параметры, относящиеся к оптическому элементу ОЕ при выполнении фокусировки на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние.

Таблица 10 Фокусировка на длинное расстояние Фокусировка на короткое расстояние D0 9,0 5,0 N6 1,5168 1,0 (воздух) V6 64,17 - (воздух)

Фиг.9А и 9В показывают сферические аберрации, астигматическую кривизну поля и дисторсию объектива 10с для эндоскопа в соответствии с фиг.8 при фокусировке на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние, соответственно.

Фиг.10 показывает объектив 10d для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения, а в нижеприведенной таблице 11 показаны конструктивные параметры объектива 10d по фиг.10. В соответствии с этим объективом 10d для эндоскопа, оптический элемент OEd имеет оптическую силу (преломляющую способность). Например, оптический элемент OEd может иметь менисковую форму, например, имея выпуклую поверхность, расположенную со стороны пространства объектов объектива 10d. Кроме того, оптический элемент OEd может иметь положительную преломляющую способность.

Таблица 11
f_fr=0,83; Fno_fr=4,4; 2ω_fr=140,0°;
f_nr=0,77; Fno_nr=4,1; 2ω_nr=149,2° Поверхность линзы Радиус кривизны (R) Толщина Nd Vd Ob DO s1 10,16 0,50 1,8886 33,84 s2 0,99 0,91 s3 -2,80 1,38 1,8506 41,62 s4 -2,15 0,90 s5 (ST) Бесконечность 0,20 s6 6,36 0,60 N6 V6 s7 6,19 0,90 s8 7,07 1,25 1,6657 57,51 s9 -3,04 0,10 s10 2,88 1,55 1,7720 49,98 s11 -2,00 0,25 2,1540 17,15 s12 Бесконечность 1,06 s13 Бесконечность 0,40 1,5168 64,17 IMG Бесконечность

Приведенная ниже таблица 12 показывает параметры, относящиеся к оптическому элементу OEd при выполнении фокусировки на длинное расстояние и при фокусировке на короткое расстояние.

Таблица 12 Фокусировка на длинное расстояние Фокусировка на короткое расстояние D0 9,0 5,0 N6 1,9211 1,0 (воздух) V6 22,42 - (воздух)

Нижеприведенная таблица 13 показывает, что объективы 10, 10а, 10b, 10с и 10d удовлетворяют уравнениям 1-4.

Таблица 13 Объектив 10 Объектив 10а Объектив 10b Объектив 10с Объектив 10d Уравнение 1 1,06 1,20 1,48 1,68 0,91 Уравнение 2 2,97 2,11 2,97 2,16 2,05 Уравнение 3 8,40 6,38 28,01 45,2 6,57 Уравнение 4 1,17 1,14 2,35 0,44 1,54

Объектив для эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения является компактным и может быть изготовлен с низкими затратами. Далее, его фокусировка может выполняться легко посредством перемещения оптического элемента ОЕ в направлении, отличном от направления оптической оси. Кроме того, выполнением фокусировки могут быть получены эндоскопические изображения, имеющие высокое разрешение и высокое качество. Дополнительно, может быть обеспечен объектив с большой глубиной резкости для близкорасположенных объектов, что позволяет получать высококачественные изображения близкорасположенных объектов. Более того, в диапазоне большой глубины резкости для близкорасположенных объектов и в диапазоне большой глубины резкости для удаленных объектов есть перекрывающийся участок, и, таким образом, изображения близкорасположенных объектов могут получаться более устойчиво.

Далее со ссылками на фиг.12 будет рассмотрен привод 100, который перемещает оптический элемент ОЕ для выполнения фокусировки объектива эндоскопа в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения. Привод 100 по фиг.12 может являться примером приводного средства, которое перемещает оптический элемент ОЕ для выполнения фокусировки объектива для вышеописанного эндоскопа.

На фиг.12 привод 100 может включать в себя держатель 110, который является подвижным и удерживает оптический элемент ОЕе, выполненное в держателе 110 по меньшей мере одно направляющее отверстие и направляющий штифт, который вставлен в по меньшей мере одно направляющее отверстие и направляет перемещение держателя 110. В центральном участке держателя 110 выполнено отверстие 117, и на участке отверстия 117 установлен оптический элемент ОЕе. Далее, на нижней поверхности держателя 110 может быть расположен опорный порожек 115. По меньшей мере одно направляющее отверстие может включать в себя с первого по третье направляющие отверстия 105, 107 и 113, выполненные со стороны держателя 110. Первое направляющее отверстие 105 и второе направляющее отверстие 107 могут быть выполнены вдоль одной и той же линии, а в первом направляющем отверстии 105 и во втором направляющем отверстии 107 может быть установлен первый направляющий штифт 111. В третьем направляющем отверстии 113 может быть установлен второй направляющий штифт 112. Направляющие отверстия 105, 107 и 113 с первого по третье могут быть выполнены такими, что имеют различные формы, такие как круг, U-образная форма или открытая форма.

Первый направляющий штифт 111 и второй направляющий штифт 112 установлены между первой пластиной 101 и второй пластиной 102, которые расположены навстречу одна другой, а держатель 110 может перемещаться в вертикальном направлении вдоль первого и второго направляющих штифтов 111 и 112, то есть держатель 110 может перемещаться в направлении, параллельном продольным осям первого и второго направляющих штифтов 111 и 112. Вокруг второго направляющего штифта 112 может быть расположен упругий элемент 125, и этим упругим элементом 125 может являться пружина сжатия. Когда держатель 110 перемещается вверх и усилие, приложенное к этому держателю 110, больше не действует, то держатель 110 под действием силы упругости упругого элемента 125 может вернуться в исходное положение.

В состав держателя 110 может быть включено приводное средство 121, предназначенное для перемещения держателя 110. Это приводное средство 121 может включать в себя провод 120, чтобы тянуть держатель 110. Провод 120 может быть протянут сквозь отверстие 106 в держателе 110 или в элементе, связанном с держателем 110. Этот провод может натягиваться рукой или с использованием какого-либо механизма или электродвигателя. Когда держатель 110 не движется, оптический элемент ОЕе может быть расположен на оптической оси линз объектива, и, таким образом, может быть произведена фокусировка на дальнее расстояние, как показано на фиг.2А. Когда держатель 110 посредством приводного средства 121 движется вверх, оптический элемент ОЕе движется вверх и может, например, отклоняться от оптической оси объектива. В этом случае может быть произведена фокусировка на ближнее расстояние, как показано на фиг.2В.

Как описано выше, перемещением оптического элемента ОЕе с использованием имеющего простую конструкцию приводного средства 100, может производиться фокусировка объектива для эндоскопа. Показанное на фиг.12 приводное средство 100 является лишь примером, и это приводное средство для перемещения оптического элемента ОЕе может иметь различные конфигурации.

Далее, фиг.13 представляет собой условный вид системы 200 эндоскопа, содержащей объектив 10 для эндоскопа в соответствии с вариантами осуществления настоящей общей концепции изобретения.

Система 200 эндоскопа содержит гибкий участок 220, включающий в себя объектив 10f, расположенный на наконечнике 210 удаленного конца изгибаемого участка 220, и участок 230 ввода, соединенный с изгибаемым участком 220. Изгибаемый участок 220 может быть образован из эластичного материала и может быть изогнут в соответствии с необходимостью, а его форма может изменяться в соответствии с той траектории, вдоль которой направляется система 200 эндоскопа. На конце участка 230 ввода может быть вставлена ручка 240 для выполнения работы, такой как изменение фокусировки объектива 10. С помощью ручки 240 наконечник 210 может быть подведен к поврежденному органу пациента или выведен из него, а с использованием объектива 10f может быть сделано изображение поврежденного органа. Поскольку объектив 10f был описан выше, описание объектива 10f будет здесь опущено. Объектив 10f либо может быть одним из объективов 10, 10а, 10b, 10с и 10d в том виде, как они описаны выше, либо может представлять собой любую комбинацию их признаков. Выполнением фокусировки объектива 10f с использованием простого способа могут быть получены изображения, имеющие высокое разрешение и высокое качество. Фиг.13 представляет собой условный вид системы 200 эндоскопа, а объектив 10f может быть использован в системах эндоскопа других различных конструкций.

Хотя здесь были показаны и описаны лишь несколько вариантов осуществления настоящей общей концепции изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что в эти варианты осуществления могут быть внесены изменения без отклонения от принципов и сущности общей идеи изобретения, объем которых определен в приложенных пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.

Объектив для эндоскопа содержит множество линз, диафрагму и оптический элемент, расположенный вблизи диафрагмы. Фокусное расстояние объектива является переменным в соответствии с перемещением оптического элемента в направлении, отличном от направления оптической оси множества линз. Глубина резкости (DOF) объектива изменяется в диапазоне от 5 до 100 мм на дальнем расстоянии, и DOF объектива изменяется в диапазоне от 2,5 до 10 мм на ближнем расстоянии. Технический результат - упрощение фокусировки объектива. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 19 ил., 13 табл.

1. Объектив для эндоскопа, причём объектив содержит

- множество линз,

- диафрагму и

- оптический элемент, расположенный вблизи диафрагмы,

причём фокусное расстояние объектива является переменным в соответствии с перемещением оптического элемента в направлении, отличном от направления оптической оси множества линз, и

при этом глубина резкости (DOF) объектива изменяется в диапазоне от 5 до 100 мм на дальнем расстоянии и DOF объектива изменяется в диапазоне от 2,5 до 10 мм на ближнем расстоянии.

2. Объектив для эндоскопа по п.1, в котором множество линз содержит переднюю группу линз, имеющих отрицательную преломляющую способность, которая расположена перед диафрагмой, и заднюю группу линз, имеющих положительную преломляющую способность, которая расположена позади диафрагмы, а между передней группой линз и диафрагмой или между диафрагмой и задней группой линз расположен оптический элемент,

причём передняя группа линз включает в себя первую линзу, имеющую отрицательную преломляющую способность, и вторую линзу, имеющую положительную преломляющую способность, а задняя группа линз включает в себя третью линзу, имеющую положительную преломляющую способность, четвертую линзу, имеющую положительную преломляющую способность, и пятую линзу, имеющую отрицательную преломляющую способность.

3. Объектив для эндоскопа по п.2, при этом объектив удовлетворяет следующему уравнению:

0,8≤|d_s/f_G1|≤1,8,

где d_s обозначает расстояние между вершиной первой линзы со стороны пространства объектов и диафрагмой, а f_G1 обозначает фокусное расстояние передней группы линз.

4. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором перемещение оптического элемента осуществляется между положением оптической оси и положением, отличным от оптической оси.

5. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором оптический элемент является прозрачным оптическим элементом, не имеющим оптической силы.

6. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором оптический элемент является стеклянной пластиной, имеющей две плоские поверхности.

7. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором оптический элемент имеет положительную преломляющую способность или отрицательную преломляющую способность.

8. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором перемещение оптического элемента осуществляется в направлении, перпендикулярном оптической оси множества линз.

9. Объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, в котором диафрагменное число Fno объектива может иметь значение в диапазоне от 4 до 6.

10. Объектив для эндоскопа по любому из пп.2, 3, в котором вторая линза является линзой менискового типа, имеющей выпуклую поверхность, расположенную по направлению стороны пространства изображения объектива.

11. Объектив для эндоскопа по п.10, причем этот объектив удовлетворяет следующему уравнению:

d₄₈/f_fr≥2,0,

где d₄₈ обозначает расстояние между вершиной второй линзы со стороны пространства изображения объектива и вершиной третьей линзы со стороны пространства объектов объектива, а f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива.

12. Объектив для эндоскопа по п.2, причем объектив удовлетворяет следующему уравнению:

f₂/f_fr≥6,0,

0,3≤f₄₅/f₂≤2,5,

где f₂ обозначает фокусное расстояние второй линзы, f_fr обозначает общее фокусное расстояние объектива, а f₄₅ обозначает фокусное расстояние скрепленных четвертой и пятой линз.

13. Объектив для эндоскопа по п.2, в котором вторая линза и третья линза содержат асферические поверхности.

14. Система эндоскопа, содержащая

- изгибаемый участок, имеющий удаленный конец,

- объектив для эндоскопа по любому из пп.1-3, который расположен на удаленном конце изгибаемого участка, и

- вводимый участок, соединенный с изгибаемым участком на конце изгибаемого участка напротив удаленного конца.