SU1739339A1 - Компенсатор кривизны изображени дл эндоскопа или зрительной трубы - Google Patents

Abstract

Изобретение обеспечивает высокое качество изображени  в оптических приборах, используемых дл  эндоскопии в особоузких биологических каналах и труднодоступных полост х тела человека, а также при аналогичных технических исследовани х, за счет высокой компенсационной способности предлагаемого решени . Это обеспечено тем, что в компенсаторе кривизны изображени , выполненном в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей п ть линзовых компонента, знаки оптических сил которых последовательно чередуютс , второй и четвертый компоненты состо т из разделенных воздушным промежутком двух линз, имеющих оптическую силу положительного знака , их поверхности, направленные навстречу друг другу, имеют противоположные знаки радиусов кривизны и выполнены выпуклыми, а первый, третий и п тый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго и четвертого компонентов . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к оптическим системам, используемым дл  эндоскопических исследований , и может найти применение в эндоскопах , преимущественно особо тонких, предназначенных дл  осмотра и фотографировани  в первую очередь особо узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека, например в офта ь- моэндоскопе - приборе, предназначенном дл  диагностики, исследовани  и обеспечени  визуального контрол  при проведении операций на глазном дне при закрытом глазе в случае отсутстви  прозрачности оптических сред переднего отдела глаза, а также в оптических устройствах, выполн ющих аналогичные функции в технике.

Известны компенсаторы кривизны изображени , выполненные в виде оборачивающей системы, как правило, симметричной относительно средней точки с телецентрическим ходом главных лучей, позвол ющим легко осуществл ть стыковку такой оборачивающей системы с объективом, окул ром, другой оборачивающей системой, в частности ей подобной, получа  тем самым достаточно длинную оптическую систему эндоскопа.

Известей компенсатор кривизны изображени , выполненный в виде оборачива ч СО О

ы

СА Ю

ющей системы симметричной конструкции, состо щей из п ти компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуютс , причем первый, третий и п тый компоненты имеют положительную оптическую силу, а второй и четвертый - отрицательную . Эта оборачивающа  система имеет обусловленные конкретным выполнением ее компонентов слабые компенсационные возможности, которых едва хватает на исправление отрицательного знака кривизны изображени  объектива и окул ра зрительной трубы.

Большими коррекционными возможност ми обладает другой известный компенсатор кривизны изображени  в виде оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей дл  эндоскопа, или зрительной трубы. Он также содержит п ть линзовых компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуютс , и выполнен симметричным относительно средней точки третьего компонента , причем второй и четвертый компоненты состоит из разделенных воздушным промежутком двух менисковых линз, у которых радиусы кривизны (вогнутых) поверхностей , направленных навстречу друг другу, имеют противоположные знаки. При этом первый, третий и п тый компоненты имеют положительную оптическую силу, а второй и четвертый - отрицательную,

Эта оборачивающа  система, устанавливаема  перед окул ром, предназначена исправл ть кривизну обьектива эндоскопа и впереди сто щей системы передачи изображени .

Компенсационные возможности такой оборачивающей системы лучше, чем в описанном аналоге, однако они также ограничены , и компенсатор не позвол ет получить изображение приемлемого качества в оптической системе эндоскопа с экстремальными эксплуатационными характеристиками, например в особо тонких приборах, в которых используютс  как граданный объектив, так и граданна  система передачи изображени , т. е. такие типы узлов оптической системы, кривизна изображени  которых отрицательна пр знаку (неисправлена), или в очень длинных оптических системах эндоскопов (включающих п ть и более линзовых оборачивающих систем) с повышенной кратностью увеличени , т. е. в таких оптических системах, в которых степень компенсации кривизны изображени  объективом эндоскопа  вл етс  недостаточной,

Целью изобретени   вл етс  повышение качества изображени  путем увеличени  степени компенсации кривизны изображени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в компенсаторе кривизны изображени  дл 

эндоскопа или зрительной трубы, выполненном в виде оборачивающей системы, симметричной относительно средней точки, с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей п ть компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуютс , а второй и четвертый состо т из разделенных воздушным промежутком двух линз, у которых радиусы кривизны поверхностей , направленных навстречу друг другу,

имеют противоположные знаки, сами эти компоненты выполнены с оптической силой положительного знака, а поверхности их линз, обращенные друг к другу, - выпуклыми , причем первый, третий и п тый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго или четвертого соответственно компонента.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема оптической системы эндоскопа, включающа  компенсатор кривизны изображени ; на фиг. 2 - принципиальна  схема компенсатора кривизны изображени ; на

фиг. 3 - графики кривизны изображени  в меридиональной (Х1™) и сагиттальной (X1S) плоскост х предлагаемого компенсатора (а) и стрелки поверхности Пецвал  (ДХ1р) известного и предлагаемого компенсаторов (б)

дл  лучей света с длиной волны, соответствующей линии спектра - е (А 0,546 мкм).

Компенсатор (К) кривизны изображени  (фиг. 1 и 2) дл  эндоскопа или зрительной трубы выполнен в виде симметричной относительно средней точки А оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных (гл) лучей, содержащей п ть линзовых компонентов 1-5, знаки оптических сил которых последовательно чередуютс . Второй 2

и четвертый 4 компоненты состо т из разделенных воздушным промежутком двух линз б, 7 и 8,9 соответственно, у которых радиусы кривизны поверхностей 10,11 и 12,13 соответственно , направленных навстречу друг

другу, имеют противоположные знаки. Сами эти компоненты 2 и 4 выполнены с положительной оптической силой, а поверхности 10,11 и 12,13 их линз 6,7 и 8.9, обращенные навстречу друг другу, - выпуклыми.

Первый 1, третий 3, п тый 5 компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности 14 и 15 со стороны ближайшего положительного второго 2 и вогнутые поверхности 16 и 17 со стороны четвертого 4 компонентов.

В приведенном примере конкретной реализации предлагаемого компенсатора первый 1 и п тый 5 компоненты (дл  уменьшени  хроматической аберрации) выполнены склеенными из двух линз: дво ковыпуклой из т желого крона и дво ковогнутой из флинта. Линзы б и 7 второго компонента 2 и линзы 8 и 9 четвертого 4 компонента выполнены одиночными, дво ковыпуклыми , из стекла с высоким показателем преломлени  ( tj 1,8) и коэффициентом депрессии v 33.

Третий компонент 3 выполнен из двух одиночных, идентичных, например, дво ковогнутых , как это показано на фиг. 1 и 2, линз из т желого флинтового стекла, что позвол ет иметь в этих линзах относительно большие радиусы кривизны оптических поверхностей.

Форма линз в компонентах 1-5 в рамках указанных признаков может отличатьс  от формы линз в приведенном примере. При определении конкретной конструкции компенсатора К кривизны изображени  обеспечиваетс  одновременный учет величины и знака других остаточных аберраций (сферической , хроматической, -астигматизма). Оптическа  система эндоскопа включает объектив 18 эндоскопа (фиг. 1), систему 19 и 20 передачи изображени  и окул р 21.

Так, например, каждый из компонентов 1 и 5 может состо ть из одной одиночной менискообразной или дво ковогнутой линзы , а положительные линзы б и 7 компонента 2 и 8 и 9 компонента 4 могут быть выполнены плосковыпуклыми или менисковыми , и даже склеенными из двух линз. Компонент 3 в сл учае снижени  степени коррекции кривизны изображени  может состо ть всего лишь из одной дво ковыпуклой линзы. Однако призто об зательно должны быть выполнены услови : второй 2 и четвертый 4 компоненты имеют оптическую силу положительного знака, поверхности 10. 11 и 12, 13 линз б, 7 и 8, 9, обращенные навстречу друг другу, выполнены выпуклыми , первый 1, третий 3, п тый 5 компоненты обладают оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности 14- 17 со стороны ближайшего положительного второго 2 и четвертого 4 компонентов соответственно .

В составе оптической системы эндоскопа или зрительной трубы компенсатор К установлен по ходу лучей света перед окул ром 21. но позади объектива 18 эндоскопа и системы 19 и 20 передачи изображени . При этом из-за наличи  телецентрического хода лучей (главных лучей) в компенсаторе К не происходит срезани  пучков лучей света при его стыковке с указанными 5 част ми оптической системы эндоскопа.

Изображение исследуемых объектов с помощью объектива 18 (фиг. 1), граданной 19 и (или) линзовой 20 систем передачи изображени  формируетс  перед первым ком0 понентом 1 компенсатора К. Это изображение Б (фиг. 1 и 2) имеет искривленную (вогнутую со стороны объектов) поверхность изображени . Особенно сильно такое искривление в случа х, когда нет возможно5 сти использовани  сложных по конструкции объектива 18 эндоскопа (с переисправленной кривизной изображени ) или линзовой оборачивающей системы 20(с уменьшенной кривизной изображени ), например в особо

0 тонких эндоскопах с диаметром оптики рабочей части пор дка 1 мм, где из-за технологических и экономических соображений обоснована целесообразность использовани  граданных объективов эндоскопа и сис5 темы передачи изображени , которым присуща больша  (отрицательна  по знаку) кривизна изображени .

Изображение Б передаетс  к окул ру 21 с помощью лучей света, которые испытыва0 ют преломление на оптических поверхност х компонентов 1-5 компе.нсатора К, причем на оптических поверхност х 14-17 происходит распр мление поверхности изображени . В результате за п тым компо5 нентом 5 компенсатора К создаетс  плоское изображение В. При этом имеет место телецентрический ход главных лучей, что обеспечивает удобную стыковку как с оборачивающей системой 20, так и с окул 0 ром 21, через который наблюдатель рассматривает изображение под некоторым увеличением.

Ход лучей света через компенсатор К от точек изображени  Б, расположенных на

5 оптической оси и на краю пол  зрени , к изображению В показан на фиг. 2.

Возможность достижени  большей степени переисправлени  кривизны изображени  (т. е., достижени  положительного

0 эффекта) в предлагаемом компенсаторе К можно проследить, если рассмотреть половинку компенсатора К (от центральной его точки А до выходной поверхности компонента 5), котора  представл ет из себ  объ5 ектив оборачивающей системы с вынесенным положением входного зрачка и телецентрическим ходом главных лучей (фиг. 2). При этом конструкци - рассматриваемого объектива, построенного по схеме, когда положительный компонент 4 из линз 8 и 9

расположен в середине между отрицательными компонентами (половиной компонента 3 и компонентом 5), позвол ет получить оптическую систему объектива, работающую при больших углах пол  зрени  (т. е., имеющую меньшие аберрации в зрачках), чем если бы (как это имеет место дл  аналогичного обьектива в известном компенсаторе ) отрицательный компонент находилс  в середине между положительными компонентами ,

Стрелка поверхности Пецвал  компенсатор К в два раза больше, чем у объектива оборачивающей системы известного компенсатора .

Представленные на фиг. 36 графики стрелок поверхностей Пецвал  рассматриваемого объектива известного и предлагаемого компенсатора подтверждают сделанный вывод и показывают, что кривизна изображени  (положительна  по знаку) в предлагаемом компенсаторе значительно больше, чем в известном, что предопредел ет более высокую степень компенсации отрицательной по знаку кривизны изображени  в оптической системе эндоскопа.

Таким образом, предлагаемый компенсатор кривизны изображени  дл  эндоскопа или зрительной трубы позвол ет повысить качество изображени  в эндоскопе (или зрительной трубе) путем увеличени  степени компенсации кривизны изображени .

Кроме того, половинка компенсатора (от входной поверхности компонента 1 или выходной поверхности компонента 5 до центра компонента 3 - точки А) может быть использована как самосто тельный объектив , формирующий изображение объектов

как окул р, компенсирующий кривизну изображени  впереди сто щей оптической системы .

Изобретение найдет применение в оптических системах эндоскопов, используемых как дл  визуальных исследований, так и дл  фото-, кино- и телевизионных съемок. Особенно перспективно его использование в особо тонких приборах или эндоскопах,

обладающих увеличенной длиной рабочей части, а также в эндомикроскопах.

Использование изобретени  позволит повысить качество эндоскопических исследований и надежность диагноза при медицинском обследовании.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Компенсатор кривизны изображени  дл  эндоскопа или зрительной трубы, выполненный в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащий п ть линзовых компонентов , знаки оптических сил которых последовательно чередуютс , причем второй и четвертый компоненты состо т из разделенных воздушным промежутком двух линз, у которых радиусы кривизны поверхностей, направленных навстречу друг другу, имеют

   противоположные знаки, отличаю щи й- с   тем, что, с целью повышени  качества изображени , второй и четвертый компоненты выполнены с положительной оптической силой, поверхности их линз,

   обращенные навстречу друг другу, - выпуклыми , при этом первый, третий и п тый компоненты выполнены с отрицательной оптической силой и имеют вогнутые поверхности , обращенные к второму и четвертому

   Фиг.1

   Фиг. 2

   -- х$,

   Фиг.З

   0.35

   4Хр,НМ