RU1797718C - Оптическа система эндомикроскопа - Google Patents

Abstract

Использование: дл  исследовани  биологических объектов со сменой увеличени . Сущность изобретени : система эндомик- роскопа содержит объектив, р д последова- тельно расположенных линзовых оборачиваемых систем и окул ров. Последн   оборачивающа  система выполнена в виде одиночного, положительного, дво ковыпуклого , симметричного компонента, склеенного, например, из двух одинаковых отрицательных менисков и расположенной между ними стержневидной линзы, и установлена с возможностью перемещени  вдоль оптической оси системы, а в передней фокальной плоскости окул ра установлена диафрагма пол  зрени . 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к оптическим системам, используемым дл  прижизненной микроскопии объектов эндоскопического исследовани , а также предназначенных дл  наблюдени  и фотографировани  внутренних поверхностей биологических каналов и полостей организма человека. Изобретение найдет применение при создании медицинских эндоскопов с измен емым скачкообразно увеличением. Оно может быть использовано также в оптических приборах и устройствах, выполн ющих аналогичные функции в технике.

Известна оптическа  система эидомик- роскопа, содержаща  объектив, систему передачи изображени , два окул ра с различным увеличением, оптические оси которых расположены параллельно друг другу, и установленное перед окул ром устройство смены увеличени  в виде призмы или зеркала .

При включенном окул ре малого увеличени  оптическа  система позвол ет ввести панорамное наблюдение, легко ориентироватьс  в иссследуемой полости и производить прицельную (точную) наводку на интересующий участок .внутренней поверхности дл  дальнейшего излучени  его в контакте с входным окном системы ( например, при увеличении Г 60х ). Переключение системы на окул р с большим увеличением (например, с увеличением ) дает возVJ

ю VJ

VJ 00

СА

можность, например, ввести наблюдение клеток биологических объектов, наход щихс  в контакте с входным окном системы.

Существенным недостатком данной оптической системы эндомикроскопа  вл ютс  большие габариты и повышенный вес проксимального (окул рного) конца прибора , а также необходимость перемещать глаз при смене увеличени ) от одного окул ра 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 увеличени , ввиду того, что процесс наблюдени  не  вл етс  непрерывным.

Указанных недостатков лишена оптическа  система эндомикроскопа, выбранна  в качестве прототипа.

Данное устройство содержит объектив, оборачивающую систему, содержащую р д последовательно расположенных линзовых компонентов, и окул р, у которого первый компонент выполнен с отрицательной оптической силой и установлен с возможностью перемещени  вдоль оптической оси, чем обеспечиваетс  скачкообразна  смена увеличени .

Однако эта система также обладает существенными недостатками. Ввиду того, что при смене увеличени  траектори  движени  отрицательного компонента окул ра пересекает последнюю плоскость промежуточного изображени  (совпадающую с передней фокальной плоскостью окул ра), исключена возможность размещени  в этом месте материальной диафрагмой пол  зрени , что приводит к существенной засветке полезного изображени  рассе нным светом , отраженным от оптических поверхностей линз. При этом не исключена возможность наблюдени  мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз, что в конечном итоге ухудшает услови  наблюдени  исследуемых объектов.

Изобретение решает задачу улучшени  условий наблюдени  за счет устранени  рассе нного света и изображений внутренних поверхностей оправ линз, путем выпол- нени  последнего компонента расположенной за объективом оборачивающей системы эндомикроскопа, включающей р д последовательно расположенных линзовых компонентов, подвижным вдоль оптической оси в виде дво ковыпуклой, склеенной, положительной, симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхност м которой поверхности склеек имеют от- рицательную оптическую силу, в совокупности с размещением в передней

фокальной плоскости окул ра эндомикроскопа диафрагмы пол  зрени .

Предпочтительным  вл етс  выполнение подвижного компонента оборачивающей системы склеенным из двух одинаковых отрицательных менисков и расположенной между ними дво ковыпуклой стержневидной линзы.

Благодар  указанному выполнению оп0 тической системы эндомикроскопа, скачкообразна  смена увеличени  в нем обеспечивает за счет перемещени  вдоль оптической оси последнего компонента оборачивающей системы, причем исключа5 етс  пересечение.перемещаемых компонентов плоскости последнего промежуточного изображени , что позвол ет разместить в этой плоскости вещественную диафрагму пол  зрени  при.

0 использований в системе короткофокусного

окул ра и тем самым обеспечить улучшение

услови  наблюдени  исследуемого объекта.

На фиг.1 приведена принципиальна 

схема эндомикроскопа; на фиг.2 - конструк5 ци  варианта выполнени  подвижного компонента оборачивающей системы эндомикроскопа; на фиг.З - графики волновых аббераций оптической системы микро- гистероскопа дл  лучей света с длиной

0 волны, соответствующей линии спектра е, дл  точки на оси; 1) - дл  положени  контакт и увеличение , 2)-дл  положени  контакт и увеличение , 3) - дл  по- - ложени  панорама(объект удален от вход5 ного окна оптической системы на рассто ние 25 мм) и увеличени  ,76х (графики на фиг.З относ тс  к предпочтительному варианту выполнени  подвижного компонента оборачивающей системы, изо0 браженному на фиг.1).

Оптическа  система эндомикроскопа содержит расположенные по оптической оси объектив 1, оборачивающую систему, включающую р д последовательно распо5 ложенных линзовых компонентов 2 и 3 и окул р 4, первый компонент 5 которого выполнен с отрицательной оптической силой. Последний линзовый компонент 3 оборачивающей системы выполнен в виде склеен0 ной, положительной, дво ковыпуклой, симметричной линзы, ближайшие к наружным поверхност м которой поверхности склеек обладают отрицательной оптической силой, предпочтительно, в виде склеенной

5 из двух одинаковых менисков(отрицатель- ных) б и размещенной между ними дво ковыпуклой стержневидной линзы 7 (фиг.1). При этом, компонент 3 дл  обеспечени  смены увеличени  установлен с возможностью перемещени  вдоль оптической оси

системы. Кроме того, в передней фокальной плоскости окул ра 4 установлена диафрагма пол  зрени  8.

Дл  обеспечени  требуемых характеристик системы окул р 4 должен отвечать р ду требований, в частности, используемый окул р 4 должен обладать большим увеличением 50Х-60Х, что достижимо только при малом его фокусном рассто нии - пор дка 3-5 мм. Используемый окул р 4 должен обеспечивать получение по меньшей мере плоского, а оптимально-переисправленного по кривизне изображени , наконец, вынос выходного зрачка используемого окул ра 4 должен быть значительно большим, чем его фокусное рассто ние.

Таким требованием отвечает, в частности , трехкомпонентный окул р 4, в котором первый компонент 5 имеет отрицательную оптическую силу, второй компонент 9 выполнен двусклеенным, менискообразным, обращенным выпуклостью к выходному зрачку системы, а третий компонент 10 выполнен в виде одиночной дво ковыпуклой линзы, При этом, использование в окул ре 4 первого компонента 5 с отрицательной оптической силой обеспечивает большой вынос выходного зрачка системы, указанное выполнение второго компонента 9 дополнительно увеличивает вынос выходного зрачка и одновременно позвол ет снизить искривленность поверхности изображени , повыша  его качество, а указанное выполнение третьего компонента 10 позвол ет изготовить его из кронового стекла, имеющего высокие механические и физико-механические характеристики, что обеспечивает снижение веро тности повреждени  в процессе эксплуатации эндоскопа наружной поверхности последней линзы окул ра 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 дво ковыпуклых линз 11 и расположенной между ними дво ковогнутой линзы 1 (фиг.2), обеспечива  при этом аналогичные предпочтительному варианту его исполнени  характеристики оптической системы эндоскопа в целом.

Работа оптической системы эндомикро- скопа заключаетс  в следующем. Посредством обьектива 1 уменьшенное изображение рассматриваемых объектов формируетс  в плоскости, расположенный перед первым компонентом 2 оборачивающей системы. Это изображение линзовыми компонентами 2 и 3 оборачивающей системы последовательно переноситс  к окул ру 4 из одной

промежуточной плоскости изображени  в другую. Последний линзовый компонент 3 строит последнее изображение в передней фокальной плоскости окул ра 4, т.е. там, где 5 установлена диафрагма пол  зрени  8, котора  не только резко очерчивает границы наблюдаемого пространства, но и устран ет рассе ный свет и мешающие изображени  внутренних поверхностей оправ линз.

0 Окул р 4 позвол ет рассматривать с увеличением изображение, сформированное в его фокальной плоскости впереди сто-  щей системой; Пр« этом, первый компонент 5 окул ра 4, выполненный с от5 рицательной оптической силой, отодвигает плоскость выходного зрачка оптической системы от последней поверхности окул ра 4 так, что ее удобно совмещать со зрачком глаза наблюдател .

0 В процессе панорамного наблюдени , когда объект находитс  на удаленном рассто нии от входного окна оптической системы , при проведении эндомикроскопа через биологический канал, или при

5 осматривании большой площади внутренней поверхности исследуемой полости, врач (исследователь) имеет возможность свободной ориентации в пространстве. Этому способствует достаточно широкий угол пол 

0- зрени  2 со 90°, а также малое увеличение (около 1х дл  объекта, удаленного от входного окна оптической системы на рассто нии более 40 мм), при которых обеспечиваетс  больша  глубина резкости наблюдаемого

5 пространства. Все эти позвол ет осуществить визуальный контроль при проведении различных манипул ций внутри организма человека, причем наводка на резкость, а также диоптрийна  наводка под глаз наблюдз0 тел  могут быть осуществлены незначительными перемещением вдоль оптической оси системы последнего компонента 3 оборачивающей системы.

При достижении контакта входного

5 окна оптической системы с объектом наблюдени , увеличение объектива 1, которое пропорционально зависит от рассто ни  до объекта, будет наибольшим. При этом увеличение , создаваемое последней линзой 3

0 оборачивающей системы в крайнем, наиболее близком «окул ру4, положении 1 имеет наименьшее значение, равное Vmin 1// - 0,73х, а увеличение оптической системы эндомикроскопа, соответственно, принима5 ет минимальное дл  положени  контакт значение, равное Г 80х.

При перемещении последней линзы 3 оборачивающей системы в сторону объектива 1 так, чтобы его увеличение стало равным

Vmax- /J- 1,37X (положение П), положение последней плоскости промежуточного изображени  остаетс  неизменным, а увеличение оптической системы эндомикроскопа е целом будет наибольшим Г 150х. Таким образом, перемещение компонента 3 вдоль оптической оси из одного крайнего положени  1 в другое крайнее положение П приводит к изменению увеличени  оптической системы эндомикроскопа в / 1,88 раз. Это позвол ет при увеличении 80х достаточно хорошо рассмотреть мелкие кровеносные сосуды, скоплени  клеток и т.п. объекты, а при увеличении Г-150Х - отдельные клетки и просвети цитологические исследовани . Поскольку при этом положение последней плоскости промежуточного изображени  относительно окул ра 4 остаетс  неизменным, при смене увеличени  изображени  наблюдаетс  одинаково резким как при одном, так и при другом увеличении. Так как именно в этой плоскости установлена диафрагма пол  зрени  8, устран юща  рассе нный свет и резко очерчивающа  границы наблюдаемого- пространства, совокупность признаков за вленного решени  обеспечиваетс  возможность улучшени  условий наблюдени  путем устранени  рассе нного, света и мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз, причем возможность использовани  в данной оптической системе короткофокусного окул ра 4 с отрицательным по оптической силе первым компонентом 5 позвол ет обеспечить достаточно большой вынос выходного зрачка системы, т.е.удобство наблюдени  при высоком качестве изображени , имеющего малую кривизну.

Кроме того, выполнение последнего компонента 3 оборачивающей системы в виде склеенной, положительной, дво ковыпуклой , симметричной линзы позвол ет получить удлиненную рабочую часть эндоскопа и в удобной дл  креплени , относительно простой конструкции компонента 3 достаточно хорошо исправить аберрации дл  условий работы его при различных увеличени х . Предпочтительный вариант выполнени  последнего компонента 3 оборачивающей системы в виде линзы, склеенной из двух одинаковых отрицательных менисков и размещенной между ними

дво ковыпуклой стержневидной линзы (6- 7-6) обуславливает, оптимальную коррекцию сферической абберации и астигматизма за счет.того, что абберации высшего пор дка в данном, случае имеют

наименьшие значени .

Все указанное подтверждаетс  достаточно высоким качеством изображени , о чем свидетельствует графики абберации (фиг.З) оптической системы микрогистероскопа . .В оптической системе передачи изображени  этого микрогистероскопа содержитс  четыре сдвоенных линзовых компонентов 2 известной конструкции, выполн ющих функцию элементарных оборачивающихс  систем, и одиночный линзовый компонент 3. выполненный согласно Предпочтительного варианта исполнени  данного элемента в системе по изобретению, выполн ющий аналогичную функцию, что и

компоненты 2. На фиг.З прин ты следующие обозначени :

волнова  аббераци ; mi - высота луча в плоскости выходного зрачка в медиальной и сагиттальной плоскоCTRX , соотве тственно.

Таким образом, за вл емое техническое решение позвол ет улучшить услови  эксплуатации за счет совмещени  выходного зрачка системы с глазом и услови  наблюдени  за счет устранени  рассе нного света и мешающих изображений внутренних поверхностей оправ линз,

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Оптическа  система эндомикроскопа с измен емым скачкообразно увеличением, содержаща  объектив, оборачивающую систему , содержащую р д последовательно расположенных линзовых компонентов, и окул р, первый компонент которого выполнен с отрицательной оптической силой, о т- л и ч а ю ща   с   тем что, с целью улучшени  условий наблюдени  за счет устранени  рассе нного света и изображений внутренних поверхностей оправ линз, последний компонент оборачивающей системы установлен с возможностью перемещени  и выполнен в виде дво ковыпуклой склеенной симметричной положительной линзы, ближайшие к наружным поверхност м которой поверхности склеек имеют отрицательную оптическую силу, а в передней фокальной плоскости окул ра установлена диафрагма пол  зрени .
2. 2. Система эндомикроскопа по п. 1, о т л и- ч а ю щ а   с   тем, что подвижный компонент оборачивающей системы выполнен склеенным из Двух одинаковых отрицательных менисков и расположенной между дво ковыпуклой стержневой линзы.
3. 3. Система эндомикроскопа по п.1, о т л и- чающа с  тем, что подвижный компонент

   оборачивающей системы выполнен склеенным из двух одинаковых дво ковыпуклых линз и расположенной между ними дво ковогнутой линзы.

   Э 4 5 $ 9 to