оптическая система эндоскопа

Формула изобретения

Оптическая система эндоскопа, содержащая головной объектив, оборачивающие системы, каждая из которых включает в себя две плосковыпусклые стержневидные линзы, ориентированные выпуклостями навстречу одна другой, и окуляр, отличающаяся тем, что плосковыпуклые стержневидные линзы выполнены с равными радиусами кривизны и установлены друг от друга на расстоянии не более их фокусного расстояния, по обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены одинаковые плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, причем радиус кривизны этих линз не превышает радиуса кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, при этом в одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена компенсационная плоскопараллельная пластина, выполненная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсий не менее 20.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к медицинским эндоскопам, в частности к жестким медицинским эндоскопам.

Известна оптическая система эндоскопа по патенту СССР N 1654766, G 02 B 23/00, 1983. содержащая объектив, систему передачи изображения из последовательно расположенных оборачивающих систем и окуляр, причем каждая оборачивающая система содержит два положительных двояковыпуклых стержневидных склеенных компонента, в одном из которых поверхность склейки, ближайшая к другому компоненту, выполнена с отрицательной оптической силой, в систему передачи изображения введена по крайней мере еще одна дополнительная оборачивающая система из двух одинаковых положительных двояковыпуклых стержневидных склеенных компонентов с плоскими поверхностями склеек, а 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 указанная оптическая система эндоскопа не обеспечивает требуемого качества изображения, имеет сложную конструкцию и технологически трудно выполнимая.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению и выбранной авторами за прототип является оптическая система эндоскопа по авторскому свидетельству СССР N 998997, G 02 B 23/00, 1981 г. содержащая головной объектив, оборачивающие системы, размещенные между ними коллективы и окуляр, одна из оборачивающих систем выполнена в виде склейки из двух двояковыпуклых линз и размещенной между ними двояковогнутой стержневидной линзы, а другие в виде двух плосковыпуклых стержневидных линз, ориентированных выпуклостями навстречу одна другой, при этом по обе стороны склейки установлены плоскопараллельные стержни, а каждый из коллективов выполнен в виде плосковыпуклой линзы.

Но указанная оптическая система эндоскопа имеет сложную конструкцию и не обеспечивает требуемого качества изображения.

Технической задачей изобретения является улучшение качества изображения, упрощение конструкции и повышение технологичности оптической системы эндоскопа, возможность регулировки длины всего эндоскопа.

Технический результат достигается тем, что оптическая система эндоскопа, содержащая головной объектив, оборачивающие системы, каждая из которых включает в себя две плосковыпуклые стержневидные линзы, ориентированные выпуклостями навстречу одна другой и окуляр, плосковыпуклые стержневидные линзы выполнены с равными радиусами кривизны и установлены друг от друга на расстоянии не более их фокусного расстояния, по обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены одинаковые плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, причем радиус кривизны этих линз не превышает радиуса кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, при этом в одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена 1компенсационная плоскопараллельная пластина, выполненная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсий не менее 20.

Каждая оборачивающая система состоит из двух плосковыпуклых стержневидных линз, ориентированных выпуклостями навстречу одна другой, выполнеными с равными радиусами кривизны, что повышает технологичность.

Стержневидные линзы установлены друг от друга на расстоянии не более f" одной линзы, что необходимо для получения телецентрического хода главных лучей в пространстве изображений и для коррекции астигматизма и кривизны изображения.

По обе стороны от стержневидных линз в каждой оборачивающей системе установлены плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклостями друг к другу, что необходимо для коррекции комы и сферической аберрации для точки на оси. Радиусы кривизны этих линз равны радиусам кривизны плосковыпуклых стержневидных линз, что также повышает технологичность эндоскопа. Применение двух плосковыпуклых линз в каждой половинке оборачивающей системы позволяет получить радиус кривизны этих линз значительной величины по сравнению с их световым диаметром, что также является технологичным.

В одной из оборачивающих систем между стержневидными плосковыпуклыми линзами установлена компенсационная плоскопараллельная пластина, склеенная из плосковогнутой и выпуклоплоской линз, разность показателей преломления которых не более 0,01 и разность коэффициентов дисперсии не менее 20, что необходимо для коррекции хроматических аберраций, как хроматизма положения, так и хроматизма увеличения, а также кривизны изображения и астигматизма.

Указанная компенсационная склеенная плоскопараллельная пластинка установлена несимметрично в воздушном промежутке между стержневидными плосковыпуклыми линзами именно для одновременной коррекции как хроматизма положения, так и хроматизма увеличения.

Общая компановка оптической системы эндоскопа обеспечивает получение сравнительно небольшой дисторсии при значительном угле поля зрения в пространстве предметов.

В качестве конкретного примера рассчитана оптическая система эндоскопа со следующими характеристиками:

Фокусное расстояние 164,5 мм

Увеличение 1,5^x

Линейное поле y 16,7 мм

Диаметр выходного зрачка 1,7 мм

Удаление выходного зрачка 6 мм.

Разработанная оптическая система эндоскопа обладает следующим качеством изображения.

Поперечная сферическая аберрация для точки на оси во всем спектральном диапазоне не превышает 6". Коэффициент нейзопланазии 0,01% Кривизна изображения и астигматизм равны:



Среднеквадратическая волновая аберрация по спектральному интервалу, полю и зрачка равна: без учета расфокусировки и дисторсии 0,129 , без учета дисторсии 0,302 l, без учета расфокусировки, дисторсии и кривизны изображения 0,109 l. Волновая аберрация в плоскости наилучшей установки для осевого пучка равна 0,055 l.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 дана оптическая система эндоскопа, на фиг. 2 представлены таблицы аберраций конкретного примера расчета оптической системы эндоскопа, на фиг. 3 графики ее аберраций.

Устройство содержит объектив эндоскопа 1, оборачивающую систему 2 эндоскопа, компенсационную плоскопараллельную пластинку 4, окуляр 3, выходной зрачок 5 эндоскопа.

Объектив 1 состоит из плоскопараллельной пластинки 6 и двух плосковыпуклых линз 7 и 8, обращенных выпуклостями друг к другу.

Оборачивающая система 2 состоит из двух плосковыпуклых стержневидных линз 9, расположенных по обе стороны от них двух плосковыпуклых стержневидных линз 10. Линзы 9 и 10 обращены выпуклостями каждые навстречу друг другу.

Компенсационная плоскопараллельная пластинка 3 склеена из плосковогнутой линзы 11 и выпуклоплоской линзы 12.

Окуляр 4 состоит из двух плосковыпуклых линз 13, которые обращены выпуклостями друг к другу.

Объектив 1 формирует изобретение объективов внутренней поверхности наблюдаемой полости в плоскости, расположенной перед оборачивающей системой 2, которая переносит это изобретение в плоскость, расположенную перед следующей оборачивающей системой до тех пор, пока изображение объективов не окажется расположенным перед окуляром 4. Окуляр 4 позволяет наблюдателю рассматривать изображение объекта под некоторым увеличением, при этом глаз наблюдателя совмещается с выходным зрачком прибора 5.

Таким образом, предлагаемая оптическая система эндоскопа имеет простую конструкцию, является технологичной, имеет улучшенное качество изображения, уменьшенный астигматизм и кривизну изображения.