RU2079151C1

RU2079151C1 - Optical system of light guide joining device

Info

Publication number: RU2079151C1
Application number: RU94003922A
Authority: RU
Inventors: А.И. Молев
Original assignee: Акционерное общество "ВНИИМП-ВИТА"
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: optical instrument engineering, can be used for joining of light guides, for instance, in medical endoscopes. SUBSTANCE: optical system of light guide joining device, for instance, in endoscopes has two groups of lenses 1,2 separated by an air gap so that the back focus of the first group of lenses 1 is in coincidence with the front focus of the second group of lenses 2. Positioned in the front focus of the first group of lenses 1 and in the back focus of the second group of lenses 2 is the outlet end of feeder light conduit 3 and the inlet end of receiving light conduit 4, respectively. Extreme lenses 5, 8 face the ends of light guides 3, 4 that are nearest to them with the flat sides, and inner lenses 6,7 face each other with the convex sides. EFFECT: facilitated procedure of light guide joining. 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для стыковки световодов, например, в эндоскопах медицинского назначения. The invention relates to optical instrumentation and can be used for docking optical fibers, for example, in medical endoscopes.

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. Optical systems for connecting optical fibers, including in endoscopes, are known. All of them serve to coordinate the apertures of the light beams of the input fiber and the fiber laid inside the device (endoscope). For example, the optical system / 1 / contains two biconvex ball lenses. However, this optical system has significant light losses (due to reflection from the surface of the lenses) and a limited field of application due to the large transverse dimensions of the lenses.

Указанные недостатки в меньшей степени присущи оптической системе устройства стыковки световодов /2/, являющейся ближайшим аналогом к изобретению. These disadvantages are less inherent in the optical system of the device for connecting optical fibers / 2 /, which is the closest analogue to the invention.

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. This system contains two groups of lenses separated by an air gap so that the rear focus of the first group is aligned with the front focus of the second group. Moreover, in the front focus of the first group of lenses and in the back focus of the second group of lenses are placed the output end of the supply and input end of the receiving optical fibers, respectively, and each group in turn consists of two positive plane-convex lenses, with the extreme lenses of the optical system facing the ends closest to light guides with flat sides.

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. However, this device also has significant drawbacks consisting in increased light losses due to reflection from the convex surfaces of the second and third lenses (due to unfavorable orientation to the direction of the light rays) and uneven distribution of illumination associated with the presence of large spherical aberration in each of the lens groups.

Данное изобретение решает задачу повышения эффективности стыковки за счет снижения потерь света на отражение и повышения равномерности распределения освещенности за счет снижения сферической аберрации. This invention solves the problem of increasing the efficiency of docking by reducing light loss on reflection and increasing the uniformity of the distribution of illumination by reducing spherical aberration.

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. The solution of the technical problem is achieved by the fact that in the optical system of the device for connecting the optical fibers, for example, in endoscopes containing two groups of lenses separated by an air gap so that the back focus of the first group is aligned with the front focus of the second group, while in the front focus of the first group of lenses and in the back focus of the second group of lenses, respectively, the output end face of the input and input end faces of the receiving optical fibers is located, each group in turn consisting of two positive plane-convex lenses, pr and the extreme lenses of the optical system face the ends of the fibers closest to them with flat sides. According to the invention, the internal lenses of the optical system are turned towards each other with convex sides and are located at a distance not exceeding the smallest focal length of the lens included in the optical system.

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. Thus, the essence of the present invention is to reduce light loss from reflection and increase the uniformity of lighting by optimizing the course of light rays in the optical system, in particular by providing small angles of light rays with normals to the optical surface of the lenses.

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. In FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system for a device for connecting optical fibers; in FIG. 2 table of structural data of an optical device for connecting optical fibers; in FIG. 3 graphs of the transverse aberrations of the optical systems of the proposed device and the prototype operating under the same conditions, namely: each of the optical systems has an increase equal to V -0.54, while the distance along the axis between the ends of the supply and receiving optical fibers is 11.8 mm.

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.The optical system of the device for connecting the optical fibers, for example in endoscopes, contains two groups of lenses 1, 2 (Fig. 1), separated by an air gap so that the back focus

the first group of lenses 1 is aligned with the front focus F _{2 of the} second group of lenses 2, while in the front focus F _{1 of the} first group of lenses 1 and in the back focus

the second group of lenses 2 placed the output end of the input and input end of the receiving optical fibers 3, 4, respectively. Moreover, each group of

lenses

1, 2, in turn, consists of two positive flat convex lenses 5, 6 and 7, 8. Moreover, the extreme lenses 5, 8 of the optical system face the ends of the nearest optical fibers 3, 4 with flat sides, and the inner lenses 6, 7 of the optical system are facing convex sides. To obtain small diameters of the lenses 6, 7, they are located from each other at a distance not exceeding the smallest focal length of the lens 8, which is part of the optical system.

Работа оптической системы устройства стыковки световодов заключается в следующем. The operation of the optical system of the device for connecting the optical fibers is as follows.

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.The light beams (Fig. 1) from a light source (not shown in the drawing), passing through a fiber optic with a low aperture optical fiber 3, exit its output end, having a telecentric path of the main rays, fall on a plano-convex lens 5 and then on a plano-convex lens 6, forming the first group of lenses 1, in the front focus F _{1 of} which is located the output end of the input fiber 3. After lens 6, the light rays exit in parallel beams, and the main rays pass through the rear focus

the first group of lenses 1, which is located behind (near) the convex surface of the lens 6 and is aligned with the front focus F _{2 of the} second group of lenses 2, consisting of convex flat lenses 7, 8. In back focus

the second group of lenses 2 placed the input end of the receiving fiber 4, which concentrates the rays of light transmitted through the optical system. In this case, the orientation of the lenses 5, 6 flat sides to the fiber 3, and the lens 7, 8 flat sides to the fiber 4 allows you to get a more uniform distribution of illumination throughout the field than in known systems, due to the small amount of spherical aberration inherent in the proposed system. The implementation of lenses 6, 7 from glass with a high refractive index equal to, for example, 1.82 (grade TBF10) also contributes to a further reduction in spherical aberration. The extreme lenses of the system in contact with the external environment are preferably made of glass with good mechanical and physico-chemical properties, for example, of K8 glass. It should be noted that the implementation in the lenses 5 8 one side of the flat helps to reduce the cost of manufacturing lenses.

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). Thus, the invention provides an increase in illumination (by reducing light loss due to reflection) due to the small angles formed between the rays of the light beams and the normals to the optical surfaces of the lenses, the uniformity of illumination of the end of the receiving fiber increases (due to the reduction of the spherical aberration of the optical system).

Изобретение найдет применение в осветительном тракте эндоскопов, используемых для визуальных наблюдений и при выполнении фото-кино-телевизионных съемок. The invention will find application in the lighting path of endoscopes used for visual observations and when performing photo-film-television surveys.

Claims

An optical system for a fiber-optic splice device containing two lens groups separated by an air gap, the back focus of the first lens group being aligned with the front focus of the second lens group, the output end of the input and input lenses are respectively located in the front focus of the first lens group and in the rear focus of the second lens group the end face of the receiving optical fibers, each group consisting of two positive plane-convex lenses, the extreme lenses of the optical system facing the ends of the optical fibers closest to them and, characterized in that the internal lenses of the optical system face with convex surfaces towards each other and are located at a distance from each other not exceeding the smallest focal length of the lens included in the optical system.