оптическая система эндоскопа

Формула изобретения

1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНДОСКОПА, содержащая последовательно расположенные по ходу излучения и оптически сопряженные между собой объектив, N оборачивающих систем, каждая из которых включает в себя две идентичные стержневидные двояковыпуклые линзы, и окляр, причем в одной из оборачивающих систем между двумя идентичными стержневидными двояковыпуклыми линзами установлен коррекционный элемент, отличающаяся тем, что в нее введены N-1 идентичных коррекционных элементов, каждый из которых установлен в соответствующей оборачивающей системы между двумя идентичными стержневидными двояковыпуклыми линзами, и каждый из N коррекционных элементов выполнен в виде двух идентичных склеенных компонентов, состоящих из двояковогнутых линз, обращенных друг к другу.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что между двояковогнутыми линзами коррекционного элемента расположена апертурная диафрагма.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что перед окуляром установлена дополнительная линзовая оборачивающая система, выполненная из двух склеенных компонентов, каждый из которых состоит из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, а между склеенными компонентами установлена апертурная диафрагма, причем склеенные компоненты установлены симметрично относительно апертурной диафрагмы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к отпическому приборостроению, а именно, к оптическим системам эндоскопа и может быть использовано в медицине для исследования внутренних поверхностей труднодоступных объектов.

Широко известны оптические системы эндоскопов, описанные в диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Молева А.И. на тему "Исследование и расчет оптических систем эндоскопов со стержневидными компонентами", М. 1975, которые содержат стержневидные компоненты (рис. 1-11).

Конструкция таких эндоскопов позволяет уменьшить кривизну изображения в каждом из стержневидных объективов оборачивающей систему путем снабжения их со стороны соответствующего промежуточного изображения наружной отрицательной линзой, выполненной из стекла с низким показателем преломления.

Известна оптическая система эндоскопа (а.с. СССР N 1654766, кл. G 02 B 23/00, 1991), содержащая объектив, систему передачи изображения из последовательно расположенных оборачивающих систем и окуляр, причем каждая оборачивающая система содержит два положительных, двояковыпуклых стержневидных стеклянных компонентов, в одном из которых поверхность склейки, ближайшая к другому компоненту, выполнена с отрицательной оптической силой. В систему передачи изображения введена по меньшей мере еще одна дополнительная оборачивающая система из двух одинаковых положительных двояковыпуклых стержневидных склеенных компонентов с плоскими поверхностями склеек. Остальные оборачивающие системы установлены симметрично относительно дополнительной оборачивающей системы, причем во втором компоненте каждой из остальных оборачивающих систем все поверхности склеек выполнены плоскими.

В системе передачи изображения все компоненты с плоскими поверхностями склеек выполнены одинаковыми, в каждой из остальных оборачивающих систем поверхность склейки с отрицательной оптической силой образована двояковыпуклой и вогнутоплоской линзами.

Но данная оптическая система не обеспечивает требуемого качества изображения, имеет малое линейное поле.

Известна также оптическая система цистоскопа (а.с. СССР N 591790, кл. G 02 B 23/00, 1976), содержащая объектив, оборачивающие системы, включающие две двояковыпуклые стержневые линзы, коллективы и окуляр. Она снабжена установленным в одной из оборачивающих систем коррекционным элементом, выполненным в виде трехсклеенной афокальной линзы, состоящей из двух двояковыпуклых линз и размещенной между ними двояковогнутой линзы. Эта оптическая система выбрана в качестве прототипа.

Однако такая оптическая система не обеспечивает требуемого качества изображения, имеет малое линейное поле.

В основу изобретения положена задача создания конструкции оптической системы эндоскопов, которая позволила бы получить высокотехнологичную систему с высоким качеством изображения.

Поставленная задача решается тем, что в оптической системе эндоскопа, содержащей последовательно расположенные по ходу излучения и оптически сопряженные между собой объектив, N оборачивающих систем, каждая из которых включает в себя две идентичные стержневидные двояковыпуклые линзы, и окуляр, причем в одной из оборачивающих систем между двумя идентичными стержневидными двояковыпуклыми линзами установлен коррекционный элемент, введены N-1 идентичных коррекционных элементов, каждый из которых установлен в соответствующей оборачивающей системе между двумя идентичными стержневидными двояковыпуклыми линзами и каждый из N коррекционных элементов выполнен в виде двух идентичных склеенных компонентов, состоящих из двуяковыпуклой и двояковогнутой линз, обращенных друг к другу.

Указанный технический результат достигается тем, что между двояковогнутыми линзами коррекционного элемента может быть установлена апертурная диафрагма, перед окуляром вводится дополнительная линзовая оборачивающая система из двух склеенных компонентов, каждый из которых состоит из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, а между склеенными компонентами установлена апертурная диафрагма, причем склеенные компоненты установлены симметрично относительно апертурной диаграммы.

Коррекционный элемент выполнен из двух идентичных компонентов, состоящих из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, представляет собой симметричную систему, поэтому не вносит комы, дисторсии и хроматизма увеличения. Так как линзы имеют равные радиусы кривизны, следовательно, повышается технологичность.

Данная конструкция оборачивающей системы дает практически безаберрационное изображение, поэтому при необходимости для удлинения системы можно применять несколько оборачивающих систем, при этом качество изображения практически не изменится.

Каждая оборачивающая система имеет телескопический ход главных лучей в пространстве предметов и изображений.

Линзовая оборачивающая система, введенная перед окуляром дает возможность проводить наблюдение за проведением хирургических вмешательств дополнительно через эндоскоп.

Использование линз оборачивающей системы простой конструкции заменяет использование одновременно трех стержневых оборачивающих систем, что позволяет уменьшить потери света на поглощение, уменьшается стоимость всего прибора.

Изобретение поясняется конкретным, но не ограничивающим настоящее изобретение, вариантом выполнения.

На фиг. 1 изображена оптическая схема эндоскопа; на фиг.2 графическое изображение аберраций оптической системы эндоскопа; на фиг.3 графическое изображение аберраций оптической системы эндоскопа с дополнительной оборачивающей системой.

Изображенная на фиг.1 оптическая система эндоскопа содержит последовательно установленные по ходу излучения объектив 1, три одинаковые оборачивающие системы 2, 3 и 4 и окуляр 5.

Каждая из оборачивающих систем содержит по две одинаковые двояковыпуклые стержневидные линзы 6 и 7, между которыми располагается коррекционный блок, состоящий из двух идентичных склеенных компонентов 8 и 9. Каждый склеенный компонент состоит из двояковыпуклой линзы 10, 11 и двояковогнутой линзы 12 и 13. Между линзами 12 и 13 распложена апертурная диафрагма 14. Оптическая система может быть дополнена линзовой оборачивающей системой для организации второго канала для наблюдения. Эта оборачивающая система вводится в оптическую систему эндоскопа с помощью плоского зеркала 15, установленного под углом 45^о к оптической оси системы для разворота ее на угол 90^о от первоначального положения. За зеркалом 15 установлены склеенные компоненты 16, 17, каждый из которых состоит из отрицательного мениска 1 8 и двояковыпуклой линзы 19, обращенных друг к другу. Посередине между линзами 19 установлена апертурная диафрагма 20. Перед вторым компонентом 17 установлено второе плоское зеркало 21 для разворота оптической оси системы на 90^о. За компонентом 7 установлен окуляр 5. Плоские зеркала 15 и 21 позволяют сократить общую длину трубки эндоскопа.

Оптическая система эндоскопа работает следующим образом.

Построенное объективом 1 изображение переносится оборачивающими системами 2, 3 и 4, 16, 17 в переднюю фокальную плоскость окуляра 5. Все промежуточные изображения строятся в плоскостях апертурных диафрагм. В качестве конкретного примера нами была рассчитана оптическая система эндоскопа со следующими оптическими характеристиками: увеличение крат 2,0 фокусное рас- стояние, мм 1223,86

передний рабочий отрезок, мм 225,0

величина рабочего поля, град 80,0

величина рабочего поля, мм 43,4

вынос выходного зрачка, мм 12,0

диаметр выходного зрачка, мм 1

На фиг.2 изображены графики аберраций для системы эндоскопа без линзовых оборачивающих компонентов 16, 17, из которых следует, что рассчитанный эндоскоп обладает следующим качеством изображения.

Поперечная сферическая аберрация для точки на оси для основной длины волны не превышает 6", а во всем спектральном диапазоне 3"40". Коэффициент неизопланазии равен: на краю зрачка 0,033% на зоне 0,017%

Волновые аберрации в длинах волн для точки на оси равны: h_зр W_e W_F^" W_e^" 1,0 0,013 0,50 0,376 0,866 0,010 0,383 0,223 0,707 0,006 0,254 0,104 0,5 0,002 0,126 0,090 0 0 0 0

Дисторсия по полю равна: край 6,3% зона 4%

Кривизна изображения и астигматизм равны:

J -21,7 мм L_t^" -0,91 h_s^" -0,098 L_s^" L_t^" 0,81

J -15,34 L_t^" -0,12 h_s^" -0,32 L_s^" L_t^"0,44

Поперечная сферическая аберрация в широком наклонном пучке лучей в меридиональном сечении не превышает 5^", в сагиттальном сечении 40^" для основной длины волны.

Эндоскоп имеет дифракционное качество изображения.

Предельная разрушающая способность на предмете равна 14,75 лин/мм.

Эндоскоп в визуальном канале с линзовой оборачивающей системой, графики аберрацией которого изображены на фиг.3, обладает, как видно из графиков, следующим качеством изображения.

Поперечная сферическая аберрация для точки на оси для основной длины волны не превышает 39^", а во всем спектральном диапазоне 5^"16^". Коэффициент неизопланазии равен: на краю зрачка 0,033% на зоне 0,017%

Волновые аберрации для точки на оси равны: h_зр W_e W_F^" W_e^" 1,0 0,041 0,62 0,468 0,866 0,022 0,45 0,363 0,707 0,010 0,28 0,240 0,5 0,002 0,14 0,119 0 0 0 0

Дисторсия по полю равна: край 6,3% зона 4%

Кривизна изображения и астигматизм равны:

J -21,7 мм Z_t^" -0,99 Z_s^" 0,16 Z_s^" Z_t^I 1,15

J -15,34 мм Z_t^" -0,16 Z_s^" 0,46 Z_s^" Z _tI0,62

Поперечная сферическая аберрация в широком наклонном пучке лучей в меридиональном сечении непревышает 5^", а в сагиттальном сечении 39^".

Таким образом, из вышеизложенного следует, что предложенная оптическая система эндоскопа имеет улучшенное качество изображения, увеличенное угловое поле, повышенную технологичность.