Компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРеспуБЛик 39 19), (1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ОБРЕТЕН вательскийстроения ССР81. навс ные выпу поне(56) Авторское свидетельство СМ 909655, кл. 6.02 В 23/00, 19Заявка ФРГ й. 3535028,кл. 6 02 В 23/24, опублик. 198(54) КОМПЕНСАТОР КРИВИЗНЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ЭНДОСКОПА ИЛИ ЗРИТЕЛЬ-НОЙ ТРУБЫ(57) Изобретение обеспечивает высокое качество изображения в оптических и риборах, используемых для эндоскопии в особоуэких биологических каналах и труднодоступных полостях тела человека. а также при аналогичных технических исследованиях, за счет Изобретение относится к медицинской технике. а именно к оптическим системам, используемым для эндоскопических иссле дований, и может найти применениев эндоскопах, преимущественно особо тонких, предназначенных для осмотра и фотографирования в первую очередь особо узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека, например в офтальмоэндоскопе - 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, э так(51)5 6 02 В 23/00, 23/24г 11 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, направленныетречу друг другу, имеют противоположзнаки радиусов кривизны и выполнены клыми, а пераый, третий и пятцй комнты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго и четвертого компонентов. 3 ил. же в оптических устройствах, выполняющихСд аналогичные функции в технике,Известны компенсаторы кривизны изо- О бражения, выполненные в виде оборачивающей системы, как правило, симметричной относительно средней точки с телецентри- в ческим 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 изо. бражения, выполненный в аиде оборачива 173933930 35 40 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 иэображения 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 состоят из разделенных воздушным промежутком двух менисковых линз, у кото. рых 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 объектива эндоскопаи 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 по 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 увеличе 10 15 20 25 50 55 ния 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 (Х в) и сагиттальной (Х Я) плоскостях предлагаемого компенсатора(а) и стрелки поверхности Пецваля (ЛХ р) известного и предлагаемого компенсаторов (б) для лучей света с длиной волны. соответствующей линии спектра - е (Я= 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 6, 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 положитель10 15 20 25 30 35 40 4550 ного второго 2 и вогнутые поверхности 16 и17 со стороны четвертого 4 компонентов.В приведенном примере конкретнойреализации предлагаемого компенсаторапервый 1 и пятый 5 компоненты (для уменьшения хроматической аберрации) выполне-.ны склеенными из двух линз; двояко-.выпуклой из тяжелого крона и двояковогнутой из флинта. Линзы 6 и 7 второго компонента 2 и линзы 8 и 9 четвертого 4 компонента выполнены одиночными, двояковыпухлыми, из стекла с высоким показателемпреломления ( д1,8) и коэффициентомдепрессии и33,Третий компонент 3 выполнен из двуходиночнь 1 х, идентичных, например, двояковогнутых, как это показано на фиг. 1 и 2,линз из тяжелого флинтового стекла, чтопозволяет иметь в этих линзах относительно большие радиусы кривизны оптическихповерхностей,Форма линз в компонентах 1 - 5 в рамках указанных признаков может отличатьсяот формы линз в приведенном примере. Приопределении конкретной конструкции компенсатора К кривизны изображения обеспечивается одновременный учет величиныи знака других остаточных аберраций (сферической, хроматической, астигматизма), .Оптическая система эндоскопа включаетобъектив 18 эндоскопа (фиг, 1), систему 19 и20 передачи изображения и окуляр 21,Так, например, каждый из компонентов1 и 5 может состоять из одной одиночнойменискообразной или двояковогнутой линзы; а положительные линзы 6 и 7 компонента 2 и 8 и 9 компонента 4 могут бытьвыполнены плоскавыпуклыми или менисковыми, и даже склеенными из двух линз, Ком. понент 3 в случае снижения степеникоррекции кривизны изображения можетсостоять всего лишь из одной двояковыпуклой линзы. Однако при,зто обязательнодол-.жны быть выполнены условия: второй 2 ичетвертый 4 компоненты имеют оптическуюсилу положительного знака, поверхности10, 11 и.12, 13 линз 6, 7 и 8, 9, обращенныенавстречу друг другу, выполнены выпуклыми, первый 1, третий 3, пятый 5 компонентыобладают оптической силой отрицательногознака и имеют вогнутые поверхности 14-17со стороны ближайшего положительноговторого 2 и четвертого 4 компонентов соответственно,В составе оптической системы эндоско.- 5па или зрительной трубы компенсатор К установлен по ходу лучей света передокуляром 21, но позади объектива 18 эндоскопа и системы 19 и 20 передачи изображения. При этом из-за наличия телецентри. ческого хода лучей (главных лучей) в компенсаторе К не происходит срезания пучков лучей света при его стыковке с укаэанными 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 компонентом 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 возможности.использования сложных по конструкции объектива 18 эндоскопа (с переисправленной кривизной изображения) или линзовой оборачивающей системы 20(с уменьшенной кривизной изображения), например в особо . тонких эндоскопах с диаметром оптики рабочей части порядка 1 мм, где из-за технологических и экономических соображений обоснована целесообразность использования граданных объективов эндоскопа и системы передачи изображения, которым присуща большая (отрицательная по знаку) кривизна изображения,Изображение Б передается к окуляру 21 с помощью лучей света, которые испытывают преломление на оптических поверхностях компонентов 1 - 5 компенсатора К, причем на оптических поверхностях 14 - 17 происходит распрямление поверхности изображения, В результате эа пятым компонентом 5 компенсатора К создается плоское иэображение В. При этом имеет место телецентрический ход.главных лучей, что обеспечивает удобную стыковку как с оборачивающей системой 20, так и с окуляром 21, через который наблюдатель рассматривает изображение под некоторым увеличением. Ход лучей света через компенсатор К от точек изображения Б, расположенных наоптической оси и на краю поля зрения, к изображению В показан на фиг. 2.Возможность достижения большей степени переисправления кривизны изображения (т, е., достижения положительного 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 объектив оборачивающей системы с вынесенным положением входного зрачка и телецентрическим ходом главных лучей (фиг. 2), При этом крнструкция. рассматриваемого объектива, построенного по схеме, когда положительный компонент 4 из линз 8 и 91739339 19 18 расположен в середине между отрицательными компонентами (половиной компонента 3 и компонентом 5), позволяет получитьоптическую систему объектива, работающую при.больших углах поля зрения (т, е 5имеющую меньшие аберрации в зрачках),чем если бы (как это имеет место для аналогичного обьектива в известном компенсаторе) отрицательный компонент находился всереДине между положительными компонентами.Стрелка поверхности Пецваля компенсатор К в два раза больше, чем у объективаоборачивающей системы известного комп енсатора; 15Представленные на фиг, Зб графикистрелок поверхностей Пецваля рассматриваемого объектива известного и предлагаемого компенсатора подтверждают сделанный вывод и показывают, что кривизна изображения (положительная по знаку) в предлагаемом компенсаторе значительнобольше, 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 увеличениястепени компенсации кривизны изображения,Кроме того, половинка компенсатора(от входной поверхности компонента 1 или 35выходной поверхности компонента 5 доцентра компонента 3 - точки А) может бытьиспользована как самостоятельный объектив, формирующий изображение объектовна выпуклую поверхность приемника, или 40 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 сьемок. Особенно перспективно его использование в особо тонких приборах или эндоскопах, обладающих увеличенной длиной рабочей части, а также в зндомикроскопах.Использование изобретения йозволит повысить качество эндоскопических исследований й надежность диагноза при медицинском обследовании. Формула изобретенияКомпенсатор кривизны иэображения для зндоскопа 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, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что, с целью повышения качества изображения, второй и четвертый компо- . ненты 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 компонентам.3 2002 Тираж . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101