Компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы Советский патент 1992 года по МПК G02B23/00 G02B23/24 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим системам, используемым для эндоскопических исследований, и может найти применение в эндоскопах, преимущественно особо тонких, предназначенных для осмотра и фотографирования в первую очередь особо узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека, например в офтаяь- моэндоскопе - приборе, предназначенном для диагностики, исследования и обеспечения визуального контроля при проведении операций на глазном дне при закрытом глазе в случае отсутствия прозрачности оптических сред переднего отдела глаза, а также в оптических устройствах, выполняющих аналогичные функции в технике.

Известны компенсаторы кривизны изображения, выполненные в виде оборачивающей системы, как правило, симметричной относительно средней точки с телецентрическим ходом главных лучей, позволяющим легко осуществлять стыковку такой оборачивающей системы с объективом, окуляром, другой оборачивающей системой, в частности ей подобной, получая тем самым достаточно длинную оптическую систему эндоскопа.

Известей компенсатор кривизны изображения, выполненный в виде оборачива чСО О

ы

СА Ю

ющей системы симметричной конструкции, состоящей из пяти компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, причем первый, третий и пятый компоненты имеют положительную оптическую силу, а второй и четвертый - отрицательную. Эта оборачивающая система имеет обусловленные конкретным выполнением ее компонентов слабые компенсационные возможности, которых едва хватает на исправление отрицательного знака кривизны изображения объектива и окуляра зрительной трубы.

Большими коррекционными возможностями обладает другой известный компенсатор кривизны изображения в виде оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей для эндоскопа, или зрительной трубы. Он также содержит пять линзовых компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, и выполнен симметричным относительно средней точки третьего компонента, причем второй и четвертый компоненты состоит из разделенных воздушным промежутком двух менисковых линз, у которых радиусы кривизны (вогнутых) поверхностей, направленных навстречу друг другу, имеют противоположные знаки. При этом первый, третий и пятый компоненты имеют положительную оптическую силу, а второй и четвертый - отрицательную,

Эта оборачивающая система, устанавливаемая перед окуляром, предназначена исправлять кривизну обьектива эндоскопа и впереди стоящей системы передачи изображения.

Компенсационные возможности такой оборачивающей системы лучше, чем в описанном аналоге, однако они также ограничены, и компенсатор не позволяет получить изображение приемлемого качества в оптической системе эндоскопа с экстремальными эксплуатационными характеристиками, например в особо тонких приборах, в которых используются как граданный объектив, так и граданная система передачи изображения, т. е. такие типы узлов оптической системы, кривизна изображения которых отрицательна пр знаку (неисправлена), или в очень длинных оптических системах эндоскопов (включающих пять и более линзовых оборачивающих систем) с повышенной кратностью увеличения, т. е. в таких оптических системах, в которых степень компенсации кривизны изображения объективом эндоскопа является недостаточной,

Целью изобретения является повышение качества изображения путем увеличения степени компенсации кривизны изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсаторе кривизны изображения для

эндоскопа или зрительной трубы, выполненном в виде оборачивающей системы, симметричной относительно средней точки, с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей пять компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, а второй и четвертый состоят из разделенных воздушным промежутком двух линз, у которых радиусы кривизны поверхностей, направленных навстречу друг другу,

имеют противоположные знаки, сами эти компоненты выполнены с оптической силой положительного знака, а поверхности их линз, обращенные друг к другу, - выпуклыми, причем первый, третий и пятый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго или четвертого соответственно компонента.

На фиг. 1 показана принципиальная схема оптической системы эндоскопа, включающая компенсатор кривизны изображения; на фиг. 2 - принципиальная схема компенсатора кривизны изображения; на

фиг. 3 - графики кривизны изображения в меридиональной (Х1™) и сагиттальной (X1S) плоскостях предлагаемого компенсатора (а) и стрелки поверхности Пецваля (ДХ1р) известного и предлагаемого компенсаторов (б)

для лучей света с длиной волны, соответствующей линии спектра - е (А 0,546 мкм).

Компенсатор (К) кривизны изображения (фиг. 1 и 2) для эндоскопа или зрительной трубы выполнен в виде симметричной относительно средней точки А оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных (гл) лучей, содержащей пять линзовых компонентов 1-5, знаки оптических сил которых последовательно чередуются. Второй 2

и четвертый 4 компоненты состоят из разделенных воздушным промежутком двух линз б, 7 и 8,9 соответственно, у которых радиусы кривизны поверхностей 10,11 и 12,13 соответственно, направленных навстречу друг

другу, имеют противоположные знаки. Сами эти компоненты 2 и 4 выполнены с положительной оптической силой, а поверхности 10,11 и 12,13 их линз 6,7 и 8.9, обращенные навстречу друг другу, - выпуклыми.

Первый 1, третий 3, пятый 5 компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности 14 и 15 со стороны ближайшего положительного второго 2 и вогнутые поверхности 16 и 17 со стороны четвертого 4 компонентов.

В приведенном примере конкретной реализации предлагаемого компенсатора первый 1 и пятый 5 компоненты (для уменьшения хроматической аберрации) выполнены склеенными из двух линз: двояковыпуклой из тяжелого крона и двояковогнутой из флинта. Линзы б и 7 второго компонента 2 и линзы 8 и 9 четвертого 4 компонента выполнены одиночными, двояковыпуклыми, из стекла с высоким показателем преломления ( tj 1,8) и коэффициентом депрессии v 33.

Третий компонент 3 выполнен из двух одиночных, идентичных, например, двояковогнутых, как это показано на фиг. 1 и 2, линз из тяжелого флинтового стекла, что позволяет иметь в этих линзах относительно большие радиусы кривизны оптических поверхностей.

Форма линз в компонентах 1-5 в рамках указанных признаков может отличаться от формы линз в приведенном примере. При определении конкретной конструкции компенсатора К кривизны изображения обеспечивается одновременный учет величины и знака других остаточных аберраций (сферической, хроматической, -астигматизма). Оптическая система эндоскопа включает объектив 18 эндоскопа (фиг. 1), систему 19 и 20 передачи изображения и окуляр 21.

Так, например, каждый из компонентов 1 и 5 может состоять из одной одиночной менискообразной или двояковогнутой линзы, а положительные линзы б и 7 компонента 2 и 8 и 9 компонента 4 могут быть выполнены плосковыпуклыми или менисковыми, и даже склеенными из двух линз. Компонент 3 в сл учае снижения степени коррекции кривизны изображения может состоять всего лишь из одной двояковыпуклой линзы. Однако призто обязательно должны быть выполнены условия: второй 2 и четвертый 4 компоненты имеют оптическую силу положительного знака, поверхности 10. 11 и 12, 13 линз б, 7 и 8, 9, обращенные навстречу друг другу, выполнены выпуклыми, первый 1, третий 3, пятый 5 компоненты обладают оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности 14- 17 со стороны ближайшего положительного второго 2 и четвертого 4 компонентов соответственно.

В составе оптической системы эндоскопа или зрительной трубы компенсатор К установлен по ходу лучей света перед окуляром 21. но позади объектива 18 эндоскопа и системы 19 и 20 передачи изображения. При этом из-за наличия телецентрического хода лучей (главных лучей) в компенсаторе К не происходит срезания пучков лучей света при его стыковке с указанными 5 частями оптической системы эндоскопа.

Изображение исследуемых объектов с помощью объектива 18 (фиг. 1), граданной 19 и (или) линзовой 20 систем передачи изображения формируется перед первым ком0 понентом 1 компенсатора К. Это изображение Б (фиг. 1 и 2) имеет искривленную (вогнутую со стороны объектов) поверхность изображения. Особенно сильно такое искривление в случаях, когда нет возможно5 сти использования сложных по конструкции объектива 18 эндоскопа (с переисправленной кривизной изображения) или линзовой оборачивающей системы 20(с уменьшенной кривизной изображения), например в особо

0 тонких эндоскопах с диаметром оптики рабочей части порядка 1 мм, где из-за технологических и экономических соображений обоснована целесообразность использования граданных объективов эндоскопа и сис5 темы передачи изображения, которым присуща большая (отрицательная по знаку) кривизна изображения.

Изображение Б передается к окуляру 21 с помощью лучей света, которые испытыва0 ют преломление на оптических поверхностях компонентов 1-5 компе.нсатора К, причем на оптических поверхностях 14-17 происходит распрямление поверхности изображения. В результате за пятым компо5 нентом 5 компенсатора К создается плоское изображение В. При этом имеет место телецентрический ход главных лучей, что обеспечивает удобную стыковку как с оборачивающей системой 20, так и с окуля0 ром 21, через который наблюдатель рассматривает изображение под некоторым увеличением.

Ход лучей света через компенсатор К от точек изображения Б, расположенных на

5 оптической оси и на краю поля зрения, к изображению В показан на фиг. 2.

Возможность достижения большей степени переисправления кривизны изображения (т. е., достижения положительного

0 эффекта) в предлагаемом компенсаторе К можно проследить, если рассмотреть половинку компенсатора К (от центральной его точки А до выходной поверхности компонента 5), которая представляет из себя объ5 ектив оборачивающей системы с вынесенным положением входного зрачка и телецентрическим ходом главных лучей (фиг. 2). При этом конструкция- рассматриваемого объектива, построенного по схеме, когда положительный компонент 4 из линз 8 и 9

расположен в середине между отрицательными компонентами (половиной компонента 3 и компонентом 5), позволяет получить оптическую систему объектива, работающую при больших углах поля зрения (т. е., имеющую меньшие аберрации в зрачках), чем если бы (как это имеет место для аналогичного обьектива в известном компенсаторе) отрицательный компонент находился в середине между положительными компонентами,

Стрелка поверхности Пецваля компенсатор К в два раза больше, чем у объектива оборачивающей системы известного компенсатора.

Представленные на фиг. 36 графики стрелок поверхностей Пецваля рассматриваемого объектива известного и предлагаемого компенсатора подтверждают сделанный вывод и показывают, что кривизна изображения (положительная по знаку) в предлагаемом компенсаторе значительно больше, чем в известном, что предопределяет более высокую степень компенсации отрицательной по знаку кривизны изображения в оптической системе эндоскопа.

Таким образом, предлагаемый компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы позволяет повысить качество изображения в эндоскопе (или зрительной трубе) путем увеличения степени компенсации кривизны изображения.

Кроме того, половинка компенсатора (от входной поверхности компонента 1 или выходной поверхности компонента 5 до центра компонента 3 - точки А) может быть использована как самостоятельный объектив, формирующий изображение объектов

как окуляр, компенсирующий кривизну изображения впереди стоящей оптической системы.

Изобретение найдет применение в оптических системах эндоскопов, используемых как для визуальных исследований, так и для фото-, кино- и телевизионных съемок. Особенно перспективно его использование в особо тонких приборах или эндоскопах,

обладающих увеличенной длиной рабочей части, а также в эндомикроскопах.

Использование изобретения позволит повысить качество эндоскопических исследований и надежность диагноза при медицинском обследовании.

Формула изобретения Компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы, выполненный в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащий пять линзовых компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, причем второй и четвертый компоненты состоят из разделенных воздушным промежутком двух линз, у которых радиусы кривизны поверхностей, направленных навстречу друг другу, имеют

противоположные знаки, отличаю щи й- с я тем, что, с целью повышения качества изображения, второй и четвертый компоненты выполнены с положительной оптической силой, поверхности их линз,

обращенные навстречу друг другу, - выпуклыми, при этом первый, третий и пятый компоненты выполнены с отрицательной оптической силой и имеют вогнутые поверхности, обращенные к второму и четвертому

Изобретение обеспечивает высокое качество изображения в оптических приборах, используемых для эндоскопии в особоузких биологических каналах и труднодоступных полостях тела человека, а также при аналогичных технических исследованиях, за счет высокой компенсационной способности предлагаемого решения. Это обеспечено тем, что в компенсаторе кривизны изображения, выполненном в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей пять линзовых компонента, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, второй и четвертый компоненты состоят из разделенных воздушным промежутком двух линз, имеющих оптическую силу положительного знака, их поверхности, направленные навстречу друг другу, имеют противоположные знаки радиусов кривизны и выполнены выпуклыми, а первый, третий и пятый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго и четвертого компонентов. 3 ил.

Фиг.1

Фиг. 2

-- х$,

Фиг.З

0.35

4Хр,НМ