Оптическая система эндоскопа Советский патент 1984 года по МПК A61B1/55 G02B23/00 G02B23/24 

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

Известна оптическая система эндоскопа, содержащая трехкомпонентный головной объектив, первый компонент которого выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй включает призму и плоско-выпуклзда линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр. Третий компонент головного объектива выполнен в виде склейки из положительной двояко-выпуклой и отрицательной линз, расположенной на достаточно близком расстоянии за плоско-выпуклой линзой, а -окуляр выполнен в вице двухсклеенного компонента 1..

Однако этой оптической системе пр сущи существенные недостатки: изза того, что в головном объективе третий компонент расположен з.а плоско-выпуклой линзой достаточно близко к последней, задняя фокальная плоскость объектива слишком удалена от его последней поверхности с положительной оптической силой, что приводит к чрезмерному виньетированию широких наклонных пучков лучей света оправами линз объектива; качество изображения на краю поля зрения недостаточно высоко ввиду малой освещенности и разрешаюш,ей способности; наличие склеенных оптических поверхностей усложняет конструкция, увеличивается себестоимость изготовления устройства, снижается надежность работы оптической системы, исключается горячая стерилизация прибора, что сужает возможности эндоскопического исследования. Цель изобретения - повышение освещенности и разрешающей способности по краю поля зрения.

Поставленная цель достигается тем, что в оптической системе эндоскопа, содержащей трехкомпонентный головной объектив, первый компонент которого выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй включае

призму и плоско-выпуклую линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр, третий компонент головного объектива выполнен в виде одиноч5 ной положительной плоско-выпуклой линзы, выпуклая поверхность которой обращена в сторону линзовой системы передачи изображения, расположенной на расстоянии, соответствующем 1-3

0 фокусным расстояниям объектива от задней поверхности второго компонента, а окуляр выполнен в виде двух .плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклостями одна навстречу другой.

5 На фиг. 1 представлена принципиальная схема оптической системы эндоскопа; на фиг. 2 - графики аберраций оптической системы эндоскопа (при 3 ПО) (а-сферическая аберра0 ция для лучей света с длиной волны, соответствующей линиям спектра D,F,C; б -аберрация хроматизма увеличения; в -кривизна изображения; г - дисторсия; д-аберрация широких наклонных

5 пучков у лучей света в плоскости

выходного зрачка для различных углов поля зрения -) .

Оптическая система эндоскопа содержит трехкомпонентный головной объ0 ектив 1 (фиг. 1), линзовую систему 2 передачи изображения и окуляр 3. При этом первый компонент объектива

1выполнен в виде плоско-вогнутой линзы 4, второй - в виде призмы 5

с плоско-выпуклой линзой 6. Третий компонент головного объектива 1 выполнен в виде одиночной положительной плоско-выпуклой линзы 7, выпуклая поверхность которой ориентироQ вана в сторону линзовой системы

2передачи изображения и расположена на 1-3 фокусного расстояния объектива 1 от выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы 6 второго компо5 нента, а окуляр 3 выполнен в виде двух плоско-выпуклых линз 8, обращенных выпуклостями навстречу друг другу. При этом третий компонент предназначен для устранения виньетиQ рования .наклонных пучков лучей оправами линз объектива 1, а указанное выполнение окуляра 3 позволяет компенсировать поперечные аберрации головного объектива 1.

5 Работа оптической системы эндоскопа заключается в следующем.

Пучки света, отраженные от внутренней поверхности наб.пюдаемой по3

лости, проходя через линзу 4, призму 5 и линзы 6,7 головного объектива 1, формируют первое.промежуточнее изображение объектов исследуемой полости, расположенное перед линзов.ой системой 2 передачи изображения. Для обеспечения .бокового наблюдения через эндоскоп в пространстве между линзами 4 6 головного объектива 1 установлена призма 5 с достаточно большой длиной хода лучей, например призма с двумя отражательными гранями, которая не нарушает правильности ориентировки изображения. Кроме того, благодаря тому, что третий компонент головного объектива 1 выполнен в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы 7, выпуклая поверхность которой ориентирована в сторону линзовой системы 2 передачи изображения и расположена на достаточно большом удалении (1-3 фокусного расстояния головного объектива 1) от выпуклой поверхности линзы 6, не происходит виньетирования (срезания) наклонных пусков лучей света оправами линз объектива. Причем оптическая сила выпуклой поверхности линзы 7 не только увеличивает оптическую силу головного объектива 1, но одновременно выполняет функцию коллектива, а задний фокальный отрезок объектива1 по своей величине равен соответствующему фокальному отрезку линзово системы 2 передачи изображения. Затем сформированное головным объектом 1 изображение передается линзовой системой 2 передачи изображения в плоскость, расположенную перед окуляром 3. Последний позволяет наблюдателю рассматри вать изображение объектов под некоторьм увеличением. Выполнение окляра 3 в виде двух плоско-выпуклых линз 8, обращенных выпуклостями навстречу друг другу, позволяет компенсировать такие поперечные аберрации головного объектива 1, как кому, хроматизм увеличения, в некоторой степени дисторсию, такде астигматизм. Остаточные значения сферической аберрации и хроматизма положения головного объектива 1 и окуляра 3, незначительные по своей величине, компенсируются соответствующими аберрациями линзовой системы 2 передачи изображе134

ния 4, оборачивающие системы которой имеют соответствюущий характер коррекции аберраций. Все это позволяет получить изображение исследуемых объектов высокого качества, о чем свидетельствуют графики аберраций, показанные на фиг. 2.

Таким образом, указанное выполнение оптической системы эндоскопа

позволяет устранить виньетирование наклонных пучков лучей света, увеличить надежность системы, одновременно упростить ее конструкцию. Кроме того, достигнуто повьщ1ение

качества изображения путем увеличения освещенности и разрешающей способности по полю зрения по сравнению с прототипом (см. таблицу) Данные приведены при одинаковых

для прототипа и предложенного устройства оптических параметрах , а именно величине угла поля зрения, увеличении световых диаметров линз, диаметрах входного и выходного зрачков и как следствие равенстве разрешающей способности и освещенности по центру поля зрения.

Данные по оптической системе 1 соответствуют оптической системе, приведенной в материалах заявки в качестве примера, системы 2 и 3 имеют предельные параметры, указанные в формуле изобретения: выпуклая поверхность третьего компонента головного

5 объектива расположена от вьшуклой поверхности плоско-выпуклой линзы второго компонента на расстоянии, равном 1-3 фокусным расстояниям объектива соответственно.

При этом для третьей системы освещенность и разрешающая способность на краю поля зрения практически равны освещенности и разреша5 ющей способности по центру поля соответственно, а критичным является то обстоятельство, что в поле зрения появляются наблюдаемые через окуляр эндоскопа неизбежно присутст0 вующие на поверхности линзы грязь и дефекты ее обработки, а также газовые пузыри и другие включения в материале линзы и т.п., что ухудшает условия наблюдения объектов.

Таким образом, из таблицы следует, что данная оптическая система эндоскопа имеет во всем диапазоне S параметров более высокие величины разрешающей способности (не менее чем 26%) и освещенность на краю 11t5713 поля зрения, (не менее чем на 114%), чем прототип, что повышает- качество изображения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНДОСКОПА, содержащая трехкомпонентный головной объектив, первый компонент которого выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, a второй включает призму и плоско-выпуклую линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр, отличающаяся тем, что, с целью повышения освещенности и разрешающей способности по краю поля зрения, третий компонент головного объектива выполнен в виде одиночной положительной плоско-выпуклой линзы, вьшуклая поверхность которой обращена в сторону линзовой системы передачи изображения, расположенной на расстоянии, соответствующем 1-3 фокусным расстояниям объектива от заданной поверхности второго компонента, a окуляр выполнен в виде двух плоско-выпуклых линз, обращен- i ных выпуклостями одна навстречу дру гой. 38 ел NJ 00 Фиг. 1 8