оптическая система устройства стыковки световодов

Формула изобретения

Оптическая система устройства стыковки световодов, содержащая две группы линз, разделенных воздушным промежутком, при этом задний фокус первой группы линз совмещен с передним фокусом второй группы линз, в переднем фокусе первой группы линз и в заднем фокусе второй группы линз размещены соответственно выходной торец подводящего и входной торец приемного световодов, причем каждая группа состоит из двух положительных плосковыпуклых линз, крайние линзы оптической системы обращены к торцам ближайших к ним световодам плоскими поверхностями, отличающаяся тем, что внутренние линзы оптической системы обращены выпуклыми поверхностями навстречу друг другу и расположены на расстоянии друг от друга, не превышающем величины наименьшего фокусного расстояния линзы, входящей в состав оптической системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для стыковки световодов, например, в эндоскопах медицинского назначения.

Оптические системы стыковки световодов, в том числе в эндоскопах, известны. Все они служат для согласования апертур пучков света подводящего световода и световода, уложенного внутрь прибора (эндоскопа). Например, оптическая система /1/ содержит две двояковыпуклые шаровые линзы. Однако эта оптическая система имеет значительные потери света (из-за отражения от поверхности линз) и ограниченную область применения из-за больших поперечных размеров линз.

Указанные недостатки в меньшей степени присущи оптической системе устройства стыковки световодов /2/, являющейся ближайшим аналогом к изобретению.

Эта система содержит две группы линз, разделенных воздушным промежутком так, что задний фокус первой группы совмещен с передним фокусом второй группы. При этом в переднем фокусе первой группы линз и в заднем фокусе второй группы линз размещены выходной торец подводящего и входной торец приемного световодов соответственно, причем каждая группа в свою очередь состоит из двух положительных плосковыпуклых линз, при этом крайние линзы оптической системы обращены к торцам ближайших к ним световодов плоскими сторонами.

Однако и этому устройству присущи существенные недостатки, заключающиеся в увеличенных потерях света на отражение от выпуклых поверхностей второй и третьей линз (из-за неблагоприятной ориентировки к ходу лучей света) и неравномерности распределения освещенности, связанной с наличием большой сферической аберрации в каждой из групп линз.

Данное изобретение решает задачу повышения эффективности стыковки за счет снижения потерь света на отражение и повышения равномерности распределения освещенности за счет снижения сферической аберрации.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в оптической системе устройства стыковки световодов, например в эндоскопах, содержащей две группы линз, разделенных воздушным промежутком так, что задний фокус первой группы совмещен с передним фокусом второй группы, при этом в переднем фокусе первой группы линз и в заднем фокусе второй группы линз размещены соответственно выходной торец подводящего и входной торец приемного световодов, причем каждая группа в свою очередь состоит из двух положительных плосковыпуклых линз, при этом крайние линзы оптической системы обращены к торцам ближайших к ним световодов плоскими сторонами. Согласно изобретению внутренние линзы оптической системы обращены выпуклыми сторонами навстречу и расположены друг от друга на расстоянии, не превышающем величины наименьшего фокусного расстояния линзы, входящей в состав оптической системы.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в снижении потерь света от отражения и повышении равномерности освещения за счет оптимизации хода лучей света в оптической системе, в частности, путем обеспечения малых углов лучей света с нормалями к оптической поверхности линз.

На фиг. 1 принципиальная схема оптической системы устройства стыковки световодов; на фиг. 2 таблица конструктивных данных оптического устройства стыковки световодов; на фиг. 3 графики поперечных аберраций оптических систем предлагаемого устройства и прототипа, работающих в одинаковых условиях, а именно: каждая из оптических систем имеет увеличение, равное V -0,54, при этом расстояние вдоль оси между торцами подводящего и приемного световодов составляет 11,8 мм.

Оптическая система устройства стыковки световодов, например в эндоскопах, содержит две группы линз 1, 2 (фиг. 1), разделенных воздушным промежутком так, что задний фокус первой группы линз 1 совмещен с передним фокусом F₂ второй группы линз 2, при этом в переднем фокусе F₁ первой группы линз 1 и в заднем фокусе второй группы линз 2 размещены выходной торец подводящего и входной торец приемного световодов 3, 4 соответственно. Причем каждая группа линз 1, 2 в свою очередь состоит из двух положительных плоских выпуклых линз 5, 6 и 7, 8. При этом крайние линзы 5, 8 оптической системы обращены к торцам ближайших к ним световодов 3, 4 плоскими сторонами, а внутренние линзы 6, 7 оптической системы обращены выпуклыми сторонами навстречу. Для получения малых диаметров линз 6, 7 они расположены друг от друга на расстоянии, не превышающем величины наименьшего фокусного расстояния линзы 8, входящей в состав оптической системы.

Работа оптической системы устройства стыковки световодов заключается в следующем.

Пучки света (фиг. 1) от источника света (на чертеже не показан), пройдя через волоконно-оптический с невысокой апертурой световод 3, выходят из его выходного торца, имея телецентрический ход главных лучей, попадают на плосковыпуклую линзу 5 и далее на плосковыпуклую линзу 6, образующих первую группу линз 1, в переднем фокусе F₁ которой размещен выходной торец подводящего световода 3. После линзы 6 лучи света выходят параллельными пучками, а главные лучи проходят через задний фокус первой группы линз 1, который расположен за (вблизи) выпуклой поверхности линзы 6 и совмещен с передним фокусом F₂ второй группы линз 2, состоящей из выпуклоплоских линз 7, 8. В заднем фокусе второй группы линз 2 размещен входной торец приемного световода 4, на котором концентрируются лучи света, прошедшие через оптическую систему. При этом ориентировка линз 5, 6 плоскими сторонами к световоду 3, а линз 7, 8 плоскими сторонами к световоду 4 позволяет получить более равномерное распределение освещенности по всему полю, чем в известных системах, благодаря малой величине сферической аберрации, присущей предложенной системе. Еще большему снижению сферической аберрации способствует также выполнение линз 6, 7 из стекла с высоким показателем преломления, равным, например, 1,82 (марка ТБФ10). Крайние линзы системы, имеющие соприкосновение с внешней средой, желательно выполнять из стекла с хорошими механическими и физико-химическими свойствами, например, из стекла марки K8. Следует сказать, что выполнение в линзах 5 8 одной стороны плоской способствует снижению стоимости изготовления линз.

Таким образом, в изобретении обеспечивается повышение освещенности (за счет снижения потерь света на отражение) ввиду малых углов, образующихся между лучами пучков света и нормалями к оптическим поверхностям линз, увеличивается равномерность освещенности торца приемного световода (из-за снижения сферической аберрации оптической системы).

Изобретение найдет применение в осветительном тракте эндоскопов, используемых для визуальных наблюдений и при выполнении фото-кино-телевизионных съемок.