Оптическая система эндоскопа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 111571 100 602 В 2300 ЗА А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оку ол ова го при 4)(57) ОПТИЧ СИСТЕМА НДОСКО -й гоПА, содержащая ловной объектив которого выполи нутой линзы, а му и плоско-вып понен й ком рехк нен ко -е пл торой вклю ет призлин зовую ой н б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Патент США У 416591кл. 350-225, опублик. 1980,систему передачи изображения и ляр, . о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьопения освещенности и разрещающей способности по краю поля зрения, третий компонент г овного 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, обращенных выпуклостями одна навстречу друИзобретение относится к области медицинской техники, а именно к оптическим системам эндоскопов, и может найти применение в эндоскопах, приборах, предназначенных для осмот ра и фотографирования различных полостей и биологических каналов тела человека, также в оптических устройствах, выполняющих аналогичные функции в технике.10Известна оптическая система эндоскопа, содержащая трехкомпонентный головной объектив, первый компонент которого выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, а второй включает приз му и плоско-выпуклую линзу, линзовую систему передачи изображения и окуляр. Третий компонент головного объектива выполнен в виде склейки из положительной двояко-выпуклой и отри О цательной линз, расположенной на достаточно близком расстоянии за плоско-выпуклой линзой, а окуляр выполнен в виде двухсклеенного компонента 11., 25 4 О Однако этой оптической системе при сущи существенные недостатки; изза того, что в головном объективе третий компонент расположен за плоско-выпуклой линзой достаточно,ЗО близко к последней, задняя Фокальная плоскость объектива слишком удалена от его последней поверхности с положительной оптической силой, что приводит к чрезмерному 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 в 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 системь 1 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 В = 00) (а-сферическая аберрация для лучей света с длиной волны, соответствующей линиям спектра О,Г,С; б - аберрация хроматизма увеличения; в в кривиз изооражения; г - дисторсия; д - аберрация широких наклонных пучков у лучей света в плоскости выходного зрачка для различных углов поля зрения -Ж).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 для 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 по 3 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 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 плоско- выпуклой 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 иэображе 15713 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. 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 При этом для третьей системы освещенность и разрешающая способность на краю поля зрения практически равны освещенности и разрешающей способности по центру поля соответственно, а критичным является то обстоятельство, что в поле зрения появляются наблюдаемые через окуляр эндоскопа неизбежно присутствующие на поверхности линзы грязьи дефекты ее обработки, а также газовые пузыри и другие включения в материале линзы и т.п., что ухудшает условия наблюдения объектов. 45 50 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, равном 1-3 фокусным расстояниям объектива соответственно.115713 поля зрения, (не менее чем на 1147.),чем прототип, что повышает качествоизображения. Предложенная оптическая система Параметры Прототип 0,59 0,09 0,48 0,01 0,419 о 0 91 фо О, 52 0,99 1 о Оф 295 Ео 0,886 Ео 0,413 Е, 0198 Ер 5,7 2, 55 4,41 1,84 ф фр, - разрешающая способность; Е - освещенность по центру поля. пю, гфн Илгтур фиг Заказ 6803/3 Тираж 6 По,писно тентф, г. Ужгород Проектная филиал ППП параметров более высокие величиныразрешающей способности (не менечем 263) и освещенность на краю Коэффициент вин ьетирования Разрешающая способностьна краю поля зрения вмеридианальной плоскости Освещенность на краю полязрения Расстояние от последнейповерхности головногообъектива до промежуточного иэображения, мм