Оптическая система эндомикроскопа

СО 03 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8 ц 5 002 В 21 С ОБР Я Т ПАТЕНТУ исследовательс приборостроени ательскийтроенияРГ, Микрокл. А 61 В-исследо приборос торц". Ф 156 В.2552892 ЕМА ЭНДОМИКания биоеличения. я исследсменой ого увелияет ввести риентиро- проиэворе мал озвол егко о ости и ю) на тренне водку на й поверхего в конапример; чение силичением дает возцени мы( реклюм уве =150") ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научноинститут медицинского(73) Всесоюзный научноинститут медицинского(57) Использование: дллогических объектов со 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 эндомикроскопа, содержащая объектив, систему передачи изображения, два окуляра с разСущность изобретения: система эндомикроскопа содержит объектив, ряд последовательно 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 э,п,ф-лы, 3 ил. ичным увеличением, оптические оси котоых расположены параллельно друг другу, и становленное перед окуляром устройство мены увеличения в виде призмы или зеркаПри включ чения оптическ панорамное на ваться в исссл дить прицель интересующий ности для даль такте с входны при увеличени стемы на окул (например, с ув енном акуля ая система и блюдение, л едуемой пол ную (точну участок .вну нейшего изл м Окном сист и Г= 60"). П яр с больш еличением Г.можность, например, ввести наблюдение клеток биологических объектов, находящихся в контакте с входным окном системы.Существенным недостатком данной оптической системы зндомикроскопа являются большие габаритыи 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 зндомикроскопа, выбранная в качестве прототипа,Данное устройство содержит обьектив, 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 обеспечиваетсяскачкообразная смена увеличения.Однако эта система также обладает существенйыми 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 выполнения последнего компонента расположенной за объективом оборачивающей системы эндомикроскопа, включающей ряд последовательно расположенных линзовйх компойентов, подвижным вдоль оптической оси в виде двояковыпуклой, склеенной, положительной, симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхностям которой поверхности склеек имеют отрицательную оптическую силу, в совокупности с размещением в передней фокальной плоскости окуляра эндомикроскопа диафрагмы поля зрения,Предпочтительным является выполне- .ние подвижного компонента оборачивающей системы склеенным иэ двуходинаковых отрицательных менисков и расположенной между ними двояковыпуклойстержневидной линзы.Благодаря указанному выполнению оп 10 тической системы эндомикроскопа, скачкообразная смена увеличения в немобеспечивает за счет перемещения вдольоптической оси последнего компонентаоборачивающей системы, причем исключа 15 ется пересечение перемещаемых компонентов плоскости последнегопромежуточного изображения, что позволяет разместить в этой плоскости вещественную диафрагму поля зрения при20 использовании в системе короткофокусногоокуляра и тем самым обеспечить улучшениеусловия наблюдения исследуемого объекта.На фиг,1 приведена принципиальнаясхема эндомикроскопа; на фиг.2 - конструкция варианта выполнения подвижного компонента оборачивающей системыэндомикроскопа; на фиг,З - графики волновых аббераций оптической системы микрогистероскопа для лучей света с длиной30волны, соответствующей линии спектра е,для точки на оси; 1) - для положения "кон-,такт" и увеличение Г=80", 2) - для положения"контакт" и увеличение Г=150", 3) - для положения "панорама "(объект удален от вход 35 ного окна оптической системы нарасстояние 25 мм) и увеличения Г,76" (графики на фиг,З относятся к предпочтительному варианту выполнения подвижного.компонента оборачивающей системы, изо 40 браженному на фиг.1).Оптическая система эндомикроскопасодержит расположенные по оптическойоси объектив 1, оборачивающую систему,включающую ряд последовательно распо 45 ложенных линзовых компонентов 2 и 3 иокуляр 4, первый компонент 5 которого выполнен с отрицательной оптической силой.Последний линзовый компонент 3 оборачивающей системы выполнен в виде склеен 50 ной, положительной, двоя ко вы пуклой,симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхностям которой поверхностисклеек обладают отрицательной оптическойсилой, предпочтительно, в виде склеенной55 из двух одинаковых менисков(отрицательных) 6 и размещенной между ними двояковыпуклой стержневидной линзы 7 (фиг,1).При этом, компонент 3 для обеспечениясмены увеличения установлен с возможностью перемещения вдоль оптической осисистемы. Кроме того, в передней фокальной плоскости окуляра 4 установлена диафрагма поля зрения 8.Для обеспечения требуемых характеристик системы окуляр 4 должен отвечать ряду требованийв частности, используемый окуляр 4 должен обладать большим увеличением 50"-60", 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, менискообрэзным, 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, укаэанное вь 1 полнение 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 эндомикроскопэ заключается в следующем. Посредством обьектива 1 уменьшенное изображение рассматриваемых объектов формируется в плоскости, расположенный перед первым компонентом 2 оборачивающей системы. Это иэображение 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.10 Окуляр 4 позволяет рассматривать сувеличением изображение, сформированное в его фокальной плоскости впереди стоящей системой; При этом, первый компонент 5 окуляра 4, выполненный с от рицательной оптической силой, отодвигаетплоскость выходного зрачка оптической системы от последней поверхности окуляра 4 так, что ее удобно совмещать со зрачком глаза наблюдателя.20 В процессе панорамного" наблюдения, когда. объект находится на удаленном расстоянии от входного окна оптической системы, при проведении эндомикроскопа через биологический канал, или при 25 осматривании большой площади внутренней поверхности исследуемой полости, врач ис ледователь) имеет возможность свободной ориентации в пространстве. Этому способствует достаточно широкий угол поля 30 зрения 2 и= 90 О, а также малое увеличение(около 1" для объекта, удаленного от входного окна оптической системы на расстоянии более 40 мм), при которых обеспечивается большая глубина резкости наблюдаемого 35 пространства. Все это позволяет осуществить визуальный контроль при проведении различных манипуляций внутри организма человека, причем наводка на резкость, а также диоптрийная наводка под глаз наблюдэ теля могут быть осуществленынезначительными перемещением вдоль оптической оси системы последнего компонента 3 оборачивающей системы,При достижении "контакта" входного 45 окна оптической системы с обьектом наблюдения, увеличение объектива 1, которое пропорционально зависит от расстояния до объекта, будет наибольшим. При этом увеличение, создаваемое последней линзой 3 50 оборачивающей системы в крайнем, наиболее близком к окуляру 4, положении "1" имеет наименьшее значение, равное Чь = 1/ф = 0,73", э увеличение оптической системы эндомикроскопа, соответственно, принима ет минимальное для положения "контакт"значение, равное Г = 80".При перемещении последней линзы 3оборэчивающей системы в сторону объектива 1 так, чтобы его увеличение стало равным1797718 Чы- ф,37 положение "П"), положение последней плоскости промежуточного изображения остается неизменным, а увеличение оптической системы эндомикроскопа в целом будет наибольшим Г - 150", 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 ф 1,88 раз.Это позволяет при увеличении 80" достаточно хорошо рассмотреть мелкие кровеносные сосуды, скопления клеток и т.п, объекты, а при увеличении Г" - отдель. ные 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. иэображений внутренних поверхностей оправ линз, причем воэможность 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 оборвчивающей системы в виде склеенной, положительной, двояковыпуклой, симметричной линзы позволяет получить удлиненную рабочую часть эндоформула 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 тл и ч а ю щ а 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 устаскопа и в удобной для крепления, относительно простой конструкции компонента 3достаточно хорошо исправить аберрациидля условий работы его при различных уве 5 личениях, Предпочтительный вариант выполнения последнего компонента 3оборачивающей системы в виде линзы,склеенной из двух одинаковых отрицательных менисков и размещенной между ними10 двояковыпуклой стержневидной линзы (67-6) обуславливает оптимальную коррекцию сферической абберации иастигматизма эа счет того, что абберацинвысшего порядка в данном. случае имеют15 наименьшие значения,Все указанное подтверждается достаточно высоким качеством изображения, очем свидетельствует граФики аббераций(Ниг.З) оптической системы микрогистеро 20 скопа.,В оптической системе передачи изображения этого микрогистероскопасодержится четыре сдвоенных линзовыхкомпонентов 2 известной конструкции, выполняющих Функцию элементарных обора 25 чивающихся систем, и одиночный линзовыйкомпонент 3, выполненный согласно предпочтительного варианта исполнения данного элемента в системе по изобретению,выполняющий аналогичную функцию, что и30 компоненты 2, на Ниг,З приняты следующиеобозначения:в- волновая абберация;в 1- высота луча в плоскости выходногозрачка в медиальной и сагиттальной плоско 35 стях, соотве тственно.Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет улучшить условияэксплуатации эа счет совмещения выходного зрачка системы с глазом и условия наблю 40 дения за счет устранения рассеянного светаи мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз,новлен 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. 2, Система эндомикроскопа по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что подвижный компонент оборачивающей системы выполнен склеенным из двух одинаковых отрицательных мем,л 0,54 О Редактор рректор,А.Мотыль Подписноеям и открытиям при ГКНТ СССРнаб 4/5каз 670 ВНИИП Тиражосударственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж, Раушск оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 9нисков и расположенной между двояковыпуклой стержневой линзы,3. Система эндомикроскопа по п,1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что подвижный компонент10оборачивающей системы выполнен склеенным из двух Одинаковых двояковыпуклых линз и расположенной между ними двояко- вогнутой линзы,