Оптическая система эндомикроскопа Советский патент 1993 года по МПК G02B21/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим системам, используемым для прижизненной микроскопии объектов эндоскопического исследования, а также предназначенных для наблюдения и фотографирования внутренних поверхностей биологических каналов и полостей организма человека. Изобретение найдет применение при создании медицинских эндоскопов с изменяемым скачкообразно увеличением. Оно может быть использовано также в оптических приборах и устройствах, выполняющих аналогичные функции в технике.

Известна оптическая система эидомик- роскопа, содержащая объектив, систему передачи изображения, два окуляра с различным увеличением, оптические оси которых расположены параллельно друг другу, и установленное перед окуляром устройство смены увеличения в виде призмы или зеркала.

При включенном окуляре малого увеличения оптическая система позволяет ввести панорамное наблюдение, легко ориентироваться в иссследуемой полости и производить прицельную (точную) наводку на интересующий участок .внутренней поверхности для дальнейшего излучения его в контакте с входным окном системы ( например, при увеличении Г 60х ). Переключение системы на окуляр с большим увеличением (например, с увеличением ) дает возVJ

ю VJ

VJ 00

СА

можность, например, ввести наблюдение клеток биологических объектов, находящихся в контакте с входным окном системы.

Существенным недостатком данной оптической системы эндомикроскопа являются большие габариты и повышенный вес проксимального (окулярного) конца прибора, а также необходимость перемещать глаз при смене увеличения) от одного окуляра к другому, что вызывает определенные неудобства в работе с эндоскопом и снижает достоверность получаемых результатов, так как не исключает неподконтрольный сдвиг входного окна устройства в процессе смены увеличения, ввиду того, что процесс наблюдения не является непрерывным.

Указанных недостатков лишена оптическая система эндомикроскопа, выбранная в качестве прототипа.

Данное устройство содержит объектив, оборачивающую систему, содержащую ряд последовательно расположенных линзовых компонентов, и окуляр, у которого первый компонент выполнен с отрицательной оптической силой и установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, чем обеспечивается скачкообразная смена увеличения.

Однако эта система также обладает существенными недостатками. Ввиду того, что при смене увеличения траектория движения отрицательного компонента окуляра пересекает последнюю плоскость промежуточного изображения (совпадающую с передней фокальной плоскостью окуляра), исключена возможность размещения в этом месте материальной диафрагмой поля зрения, что приводит к существенной засветке полезного изображения рассеянным светом, отраженным от оптических поверхностей линз. При этом не исключена возможность наблюдения мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз, что в конечном итоге ухудшает условия наблюдения исследуемых объектов.

Изобретение решает задачу улучшения условий наблюдения за счет устранения рассеянного света и изображений внутренних поверхностей оправ линз, путем выпол- нения последнего компонента расположенной за объективом оборачивающей системы эндомикроскопа, включающей ряд последовательно расположенных линзовых компонентов, подвижным вдоль оптической оси в виде двояковыпуклой, склеенной, положительной, симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхностям которой поверхности склеек имеют от- рицательную оптическую силу, в совокупности с размещением в передней

фокальной плоскости окуляра эндомикроскопа диафрагмы поля зрения.

Предпочтительным является выполнение подвижного компонента оборачивающей системы склеенным из двух одинаковых отрицательных менисков и расположенной между ними двояковыпуклой стержневидной линзы.

Благодаря указанному выполнению оп0 тической системы эндомикроскопа, скачкообразная смена увеличения в нем обеспечивает за счет перемещения вдоль оптической оси последнего компонента оборачивающей системы, причем исключа5 ется пересечение.перемещаемых компонентов плоскости последнего промежуточного изображения, что позволяет разместить в этой плоскости вещественную диафрагму поля зрения при.

0 использований в системе короткофокусного

окуляра и тем самым обеспечить улучшение

условия наблюдения исследуемого объекта.

На фиг.1 приведена принципиальная

схема эндомикроскопа; на фиг.2 - конструк5 ция варианта выполнения подвижного компонента оборачивающей системы эндомикроскопа; на фиг.З - графики волновых аббераций оптической системы микро- гистероскопа для лучей света с длиной

0 волны, соответствующей линии спектра е, для точки на оси; 1) - для положения контакт и увеличение , 2)-для положения контакт и увеличение , 3) - для по- - ложения панорама(объект удален от вход5 ного окна оптической системы на расстояние 25 мм) и увеличения ,76х (графики на фиг.З относятся к предпочтительному варианту выполнения подвижного компонента оборачивающей системы, изо0 браженному на фиг.1).

Оптическая система эндомикроскопа содержит расположенные по оптической оси объектив 1, оборачивающую систему, включающую ряд последовательно распо5 ложенных линзовых компонентов 2 и 3 и окуляр 4, первый компонент 5 которого выполнен с отрицательной оптической силой. Последний линзовый компонент 3 оборачивающей системы выполнен в виде склеен0 ной, положительной, двояковыпуклой, симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхностям которой поверхности склеек обладают отрицательной оптической силой, предпочтительно, в виде склеенной

5 из двух одинаковых менисков(отрицатель- ных) б и размещенной между ними двояковыпуклой стержневидной линзы 7 (фиг.1). При этом, компонент 3 для обеспечения смены увеличения установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси

системы. Кроме того, в передней фокальной плоскости окуляра 4 установлена диафрагма поля зрения 8.

Для обеспечения требуемых характеристик системы окуляр 4 должен отвечать ряду требований, в частности, используемый окуляр 4 должен обладать большим увеличением 50Х-60Х, что достижимо только при малом его фокусном расстоянии - порядка 3-5 мм. Используемый окуляр 4 должен обеспечивать получение по меньшей мере плоского, а оптимально-переисправленного по кривизне изображения, наконец, вынос выходного зрачка используемого окуляра 4 должен быть значительно большим, чем его фокусное расстояние.

Таким требованием отвечает, в частности, трехкомпонентный окуляр 4, в котором первый компонент 5 имеет отрицательную оптическую силу, второй компонент 9 выполнен двусклеенным, менискообразным, обращенным выпуклостью к выходному зрачку системы, а третий компонент 10 выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, При этом, использование в окуляре 4 первого компонента 5 с отрицательной оптической силой обеспечивает большой вынос выходного зрачка системы, указанное выполнение второго компонента 9 дополнительно увеличивает вынос выходного зрачка и одновременно позволяет снизить искривленность поверхности изображения, повышая его качество, а указанное выполнение третьего компонента 10 позволяет изготовить его из кронового стекла, имеющего высокие механические и физико-механические характеристики, что обеспечивает снижение вероятности повреждения в процессе эксплуатации эндоскопа наружной поверхности последней линзы окуляра при отсутствии в конструкции системы защитного стекла, скрадывающего вынос выходного зрачка системы.

Подвижный линзовый компонент 3 оборачивающей системы может быть также склеен из двух одинаковых двояковыпуклых линз 11 и расположенной между ними двояковогнутой линзы 1 (фиг.2), обеспечивая при этом аналогичные предпочтительному варианту его исполнения характеристики оптической системы эндоскопа в целом.

Работа оптической системы эндомикро- скопа заключается в следующем. Посредством обьектива 1 уменьшенное изображение рассматриваемых объектов формируется в плоскости, расположенный перед первым компонентом 2 оборачивающей системы. Это изображение линзовыми компонентами 2 и 3 оборачивающей системы последовательно переносится к окуляру 4 из одной

промежуточной плоскости изображения в другую. Последний линзовый компонент 3 строит последнее изображение в передней фокальной плоскости окуляра 4, т.е. там, где 5 установлена диафрагма поля зрения 8, которая не только резко очерчивает границы наблюдаемого пространства, но и устраняет рассеяный свет и мешающие изображения внутренних поверхностей оправ линз.

0 Окуляр 4 позволяет рассматривать с увеличением изображение, сформированное в его фокальной плоскости впереди сто- ящей системой; Пр« этом, первый компонент 5 окуляра 4, выполненный с от5 рицательной оптической силой, отодвигает плоскость выходного зрачка оптической системы от последней поверхности окуляра 4 так, что ее удобно совмещать со зрачком глаза наблюдателя.

0 В процессе панорамного наблюдения, когда объект находится на удаленном расстоянии от входного окна оптической системы, при проведении эндомикроскопа через биологический канал, или при

5 осматривании большой площади внутренней поверхности исследуемой полости, врач (исследователь) имеет возможность свободной ориентации в пространстве. Этому способствует достаточно широкий угол поля

0- зрения 2 со 90°, а также малое увеличение (около 1х для объекта, удаленного от входного окна оптической системы на расстоянии более 40 мм), при которых обеспечивается большая глубина резкости наблюдаемого

5 пространства. Все эти позволяет осуществить визуальный контроль при проведении различных манипуляций внутри организма человека, причем наводка на резкость, а также диоптрийная наводка под глаз наблюдз0 теля могут быть осуществлены незначительными перемещением вдоль оптической оси системы последнего компонента 3 оборачивающей системы.

При достижении контакта входного

5 окна оптической системы с объектом наблюдения, увеличение объектива 1, которое пропорционально зависит от расстояния до объекта, будет наибольшим. При этом увеличение, создаваемое последней линзой 3

0 оборачивающей системы в крайнем, наиболее близком «окуляру4, положении 1 имеет наименьшее значение, равное Vmin 1// - 0,73х, а увеличение оптической системы эндомикроскопа, соответственно, принима5 ет минимальное для положения контакт значение, равное Г 80х.

При перемещении последней линзы 3 оборачивающей системы в сторону объектива 1 так, чтобы его увеличение стало равным

Vmax- /J- 1,37X (положение П), положение последней плоскости промежуточного изображения остается неизменным, а увеличение оптической системы эндомикроскопа е целом будет наибольшим Г 150х. Таким образом, перемещение компонента 3 вдоль оптической оси из одного крайнего положения 1 в другое крайнее положение П приводит к изменению увеличения оптической системы эндомикроскопа в / 1,88 раз. Это позволяет при увеличении 80х достаточно хорошо рассмотреть мелкие кровеносные сосуды, скопления клеток и т.п. объекты, а при увеличении Г-150Х - отдельные клетки и просвети цитологические исследования. Поскольку при этом положение последней плоскости промежуточного изображения относительно окуляра 4 остается неизменным, при смене увеличения изображения наблюдается одинаково резким как при одном, так и при другом увеличении. Так как именно в этой плоскости установлена диафрагма поля зрения 8, устраняющая рассеянный свет и резко очерчивающая границы наблюдаемого- пространства, совокупность признаков заявленного решения обеспечивается возможность улучшения условий наблюдения путем устранения рассеянного, света и мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз, причем возможность использования в данной оптической системе короткофокусного окуляра 4 с отрицательным по оптической силе первым компонентом 5 позволяет обеспечить достаточно большой вынос выходного зрачка системы, т.е.удобство наблюдения при высоком качестве изображения, имеющего малую кривизну.

Кроме того, выполнение последнего компонента 3 оборачивающей системы в виде склеенной, положительной, двояковыпуклой, симметричной линзы позволяет получить удлиненную рабочую часть эндоскопа и в удобной для крепления, относительно простой конструкции компонента 3 достаточно хорошо исправить аберрации для условий работы его при различных увеличениях. Предпочтительный вариант выполнения последнего компонента 3 оборачивающей системы в виде линзы, склеенной из двух одинаковых отрицательных менисков и размещенной между ними

двояковыпуклой стержневидной линзы (6- 7-6) обуславливает, оптимальную коррекцию сферической абберации и астигматизма за счет.того, что абберации высшего порядка в данном, случае имеют

наименьшие значения.

Все указанное подтверждается достаточно высоким качеством изображения, о чем свидетельствует графики абберации (фиг.З) оптической системы микрогистероскопа. .В оптической системе передачи изображения этого микрогистероскопа содержится четыре сдвоенных линзовых компонентов 2 известной конструкции, выполняющих функцию элементарных оборачивающихся систем, и одиночный линзовый компонент 3. выполненный согласно Предпочтительного варианта исполнения данного элемента в системе по изобретению, выполняющий аналогичную функцию, что и

компоненты 2. На фиг.З приняты следующие обозначения:

волновая абберация; mi - высота луча в плоскости выходного зрачка в медиальной и сагиттальной плоскоCTRX, соотве тственно.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет улучшить условия эксплуатации за счет совмещения выходного зрачка системы с глазом и условия наблюдения за счет устранения рассеянного света и мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз,

Использование: для исследования биологических объектов со сменой увеличения. Сущность изобретения: система эндомик- роскопа содержит объектив, ряд последова- тельно расположенных линзовых оборачиваемых систем и окуляров. Последняя оборачивающая система выполнена в виде одиночного, положительного, двояковыпуклого, симметричного компонента, склеенного, например, из двух одинаковых отрицательных менисков и расположенной между ними стержневидной линзы, и установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси системы, а в передней фокальной плоскости окуляра установлена диафрагма поля зрения. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения 1. Оптическая система эндомикроскопа с изменяемым скачкообразно увеличением, содержащая объектив, оборачивающую систему, содержащую ряд последовательно расположенных линзовых компонентов, и окуляр, первый компонент которого выполнен с отрицательной оптической силой, о т- л и ч а ю ща я с я тем что, с целью улучшения условий наблюдения за счет устранения рассеянного света и изображений внутренних поверхностей оправ линз, последний компонент оборачивающей системы установлен с возможностью перемещения и выполнен в виде двояковыпуклой склеенной симметричной положительной линзы, ближайшие к наружным поверхностям которой поверхности склеек имеют отрицательную оптическую силу, а в передней фокальной плоскости окуляра установлена диафрагма поля зрения.

оборачивающей системы выполнен склеенным из двух одинаковых двояковыпуклых линз и расположенной между ними двояковогнутой линзы.

Э 4 5 $ 9 to