Оптическая система эндоскопа

Оптическая система эндоскопа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVEiËÈН

SU„, 111571

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3481408/28 — 13 (22) 13. 08.82 (46) 30.09.84. Бюл. У 36 (72) А.И.Молев (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (53) 615.475(088.8) (56) 1. Патент США У 4165917,кл. 350-225, опублик. 1980 . (54)(57) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНДОС О—

ПА, содержащая трехкомпонентный головной объектив, первый компонент которого выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй включает призму и плоско-выпуклую линзу, линзовую

3(58 А 61 В 1/00 G 02 В 23/00 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, выпуклая поверхность которой обращена в сторону линзовой системы передачи изображения, расположенной на расстоянии, соответствующем 1-3 фокусным расстояниям объектива от заданной поверхности второго компонента, а окуляр выполнен в виде двух плоско-выпуклых линз, обращенO ных выпуклостями одна навстречу другой.

7 2 Л 8 8

111 5713

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к оптическим системам эндоскопов, и может найти применение в эндоскопах, приборах, предназначенных для осмот- 5 ра и фотографирования различных полостей и биологических каналов тела человека, 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-выпуклую линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр. Третий компонент головного объектива выполнен в виде склейки из положительной двояко-выпуклой и отри- 20 цательной линз, расположенной на достаточно близком расстоянии за плоско-выпуклой линзой, а окуляр выполнен в виде двухсклеенного компонента 1).. 2 i

Однако этой оптической системе присущи существенные недостатки: изза того, что в головном объективе третий компонент расположен за плоско-выпуклой линзой достаточно ,30 близко к последней, задняя фокальная плоскость объектива слишком удалена от его последней поверхности с положительной оптической си— лой, что приводит к черезмерному 35 виньетированию широких наклонных пучков лучей света оправами линз объектива; качество изображения на краю поля зрения недостаточно высоко ввиду малой освещенности и разрешающей 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 включает призму и плоско †выпуклу линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр, третий компонент оловного объектива выполнен в виде одиночной положительной плоско-выпуклой линзы, выпуклая поверхность которой обращена в сторону линзовой системь1 передачи изображения, расположенной на расстоянии, соответствующем 1-3 фокусным расстояниям объектива от задней поверхности второго компонента, а окуляр выполнен в виде двух плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклостями одна навстречу другой.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема оптической системы эндоскопа; на фиг. 2 — графики аберраций оптической системы эндоскопа (при 5 = ОО) (a-сферическая аберрация для лучей света с длиной волны, соответствующей линиям спектра p,F,L; б — аберрация хроматизма увеличения; в †кривиз изооражения, г — дисторсия; д — аберрация широких наклонных пучков у лучей света в плоскости выходного зрачка для различных углов поля зрения -ф).

Оптическая система эндоскопа содержит трехкомпонентный головной объектив 1 (фиг. 1), линзовую систему

2 передачи изображения и окуляр 3.

При этом первый компонент объектива

1 выполнен 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 ориентиро— вана в сторону линзовой системы

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

Работа оптической системы эндоскопа заключается в следующем.

Пучки света, отраженные от внутренней поверхности наблюдаемой поз 11 лости, проходя через линзу 4, призму 5 и линзы 6,7 головного объектива 1, формируют первое.промежуточное изображение объектов исследуемой полости, расположенное перед линзовой системой 2 передачи изображения. Для обеспечения ..бокового наблюдения через эндоскоп в прост ранстве между линзами 4 6 головно.го 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 объектива 1 по своей величине равен соответствующему фокальному отрезку линзовой 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 некоторым увеличением. Выполнение окуляра 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 иэображе15713 4 ния 4, оборачиваюшие 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 выпол— нение оптической системы эндоскопа позволяет устранить виньетирование наклонных пучков лучей света, увеличить надежность системы, одновременно упростить ее конструкцию.

Кроме того, достигнуто повышение 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.

15

При этом для третьей системы освещенность и разрешающая способ1 ность на краю поля зрения практически равны освещенности и разрешающей способности по центру поля со— ответственно, а критичным является то обстоятельство, что в поле speния появляются наблюдаемые через окуляр эндоскопа неизбежно присутствующие 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.

55

Таким образом, иэ таблицы следует, что данная оптическая система эндоскопа имеет во всем диапазоне

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 объектива расположена от выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы второго компонента на расстоянии, рав— ном 1-3 фокусным расстояниям объектива соответственно.

11 t5713

Параметры

Прототип

0,59

0,09

0,48

0,01

0,41 о т 1фо

0 т 5 2 О, 9 9 о

0,295F., От886Ер

0,413Ео 0 98Ео

5,7

2, 55

4,41

1,84 ттт, явн

WÄ spryer Ьi, грк o

35 Юр

Wr, еже

l

< -6 т

Л,/

1 8nrp -10

Илктюр

/ аеяе вРиг 7

ВНИИПИ 3аказ 6803/3 Тираж 687 По,чписное фвлнв, ППП Пвтевт", r. yaropoa. УЛ.Проектная,4 параметров более высокие величнпьi разрешающей способности (не мене» чем 26X) и освещенность на краю

Коэффициент вин ьетирования

Разрешающая способность на краю поля зрения в меридианальной плоскости

Освещенность на краю поля зрения

Расстояние от последней поверхности головного объектива до промежуточного иэображения, мм ф

+ р, — разрешающая способность;

Š— освещенность по центру поля. поля зрения (не менее чем на 1147), чем прототип, что повышает. качество изображения.

Предложенная оптическая система (