Компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы

 

Изобретение обеспечивает высокое качество изображения в оптических приборах, используемых для эндоскопии в особоузких биологических каналах и труднодоступных полостях тела человека, а также при аналогичных технических исследованиях, за счет высокой компенсационной способности предлагаемого решения. Это обеспечено тем, что в компенсаторе кривизны изображения , выполненном в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей пять линзовых компонента, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, второй и четвертый компоненты состоят 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 пятый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго и четвертого компонентов . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБЛик (я)5 G 02 B 23/00, 23/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t4 1:2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4848405/10 (22) 09.07.90 (46) 07.06,92. Бюл. hh 21 (71) Всесоюзный.научно-исследовательский институт медицинского приборостроения(72) А.И. Молев (53) 535.863 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 909655, кл. G.02 В 23/00, 1981.

Заявка ФРГ N 3535028, кл. G 02 В 23/24, опублик. 1985.: (54) КОМПЕНСАТОР КРИВИЗНЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ЭНДОСКОПА ИЛИ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ (57) Изобретение обеспечивает высокое качество изображения в оптических и риборах, используемых для эндоскопии в особоуэких биологических каналах и труднодоступных полостях тела человека. а также при аналогичных технических исследованиях, за счет

Изобретение относится к медицинской технике. а именно к оптическим системам, используемым для эндоскопических иссле дований, и может найти применение в эндоскопах, преимущественно особо. тонких, предназначенных для осмотра и фотографирования в первую очередь особо узких биологических каналов и труднодоступных полостей тела человека, например в офтальмоэндоскопе — приборе, предназначенном для диагностики, исследования и обеспечения визуального контроля при проведении операций на глазном дне при "закрытом глазе" в случае отсутствия прозрачности оптических сред переднего отдела глаза, э так„, Ы„„1739339 А1 высокой компенсационной способности предлагаемого решения. Это обеспечено тем, что в компенсаторе.кривизны изображения, выполненном в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащей пять линзовых компонента, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, второй и четвертый компоненты состоят 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 пятый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго и четвертого компонентов. 3 ил. же в оптических устройствах, выполняющих

Сд аналогичные функции в технике.

Известны компенсаторы кривизны изображения, выполненные s виде оборачивающей системы, как правило, симметричной относительно средней точки с телецентри- а ческим ходом главных лучей, позволяющим легко осуществлять стыковку такой оборачивающей системы с объективом, окуляром, другой оборачивающей системой. в частности ей подобной, получая тем самым достаточно длинную оптическую систему эндоскопа.

Известей компенсатор кривизны изображения, выполненный в виде оборачива1739339

30

40

55 ющей системы симметричной конструкции, состоящей из пяти компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, причем первый, третий и пятый компоненты имеют положительную оптическую силу, а второй и четвертый — отрицательную. Эта оборачивающая система имеет обусловленные конкретным выполнением ее компонентов слабые компенсационные возможности, которых едва хватает на исправление отрицательного знака кривизны иэображения объектива и окуляра зрительной трубы.

Большими коррекционными возможностями обладает другой известный компенсатор кривизны изображения. в виде оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей для эндоскопа или зрительной трубы. Он также содержит пять линзовых компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, и выполнен симметричным относительно средней точки третьего компонента, причем второй и четвертый компоненты состоят 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 пятый компоненты имеют положительную оптическую силу. а второй и четвертый — отрицательную, Эта оборачивающая система. устанавливаемая перед окуляром, предназначена исправлять кривизну объектива эндоскопа и впереди стоящей системы передачи изображения, Компенсационные возможности такой . оборачивающей системы лучше, чем в описанном аналоге, однако они также. ограничены, и компенсатор не позволяет получить изображение приемлемого качества в оптической системе эндоскопа с экстремальными эксплуатационными характеристиками, например в особо тонких приборах, в которых используются как граданный объектив, так и граданная система передачи изображения; т, е. такие типы узлов оптической системы, кривизна изображения которых отрицательна по знаку(неисправлена), или в очень длинных оптических системах эндоскопов(включающих пять и более. линзовых оборачивающих систем) с повышенной кратностью увеличения, т. е. в таких оптических системах, в которых степень компенсации кривизны изображения объективом эндоскопа является недостаточной, Целью изобретения является повышение качества изображения путем увеличения степени компенсации. кривизны изображения, Поставленная цель достигается тем, что в компенсаторе кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы, выполненном в виде оборачивающей системы, симметричной относительно средней точки, с телецентрическим ходом главных лучей; содержащей пять компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, а второй и четвертый состоят 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 пятый компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутую поверхность со стороны ближайшего положительного второго или четвертого соответственно компонента.

На фиг. 1 показана принципиальная схема оптической системы эндоскопа, включающая компенсатор кривизны изображения: на фиг, 2 — принципиальная схема компенсатора кривизны изображения; на фиг. 3 — графики кривизны изображения в меридиональной (X m) и сагиттальной (Х S) плоскостях предлагаемого компенсатора (а) и стрелки поверхности Пецваля (ЛХ р) изве1 стного и предлагаемого компенсаторов (б) для лучей света с длиной волны. соответствующей линии спектра — е (Я= 0,546 мкм).

Компенсатор(К) кривизны изображения (фиг. 1 и 2) для эндоскопа или зрительной трубы выполнен в виде симметричной относительно средней точки А оборачивающей системы с телецвнтрическим ходом главных (гл) лучей, содержащей пять линзовых компонентов 1-5, знаки оптических сил которых последовательно чередуются. Второй 2 и четвертый 4 компоненты состоят из разделенных воздушным промежутком двух линз

6, 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, пятый 5 компоненты выполнены с оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности

14 и 15 со стороны ближайшего положитель1739339

10

35

55 ного второго 2 и вогнутые поверхности 16 и

17 со стороны четвертого 4 компонентов.В приведенном примере конкретной реализации предлагаемого компенсатора первый 1 и пятый 5 компоненты (для уменьшения хроматической аберрации) выполне-. ны склеенными из двух линз: двояковыпуклой из тяжелого крона и двояковогнутой из флинта. Линзы б и 7 второго компонента 2 и линзы 8 и 9 четвертого 4 компонента выполнены одиночными, двояковыпуклыми, из стекла с высоким показателем преломления (д > 1,8) и коэффициентом депрессии v ) 33.

Третий компонент 3 выполнен из двух одиночных, идентичных, например, двояковогнутых, как это показано на фиг. 1 и 2, „ линз из тяжелого флинтового стекла, что позволяет иметь в этих линзах относительно большие радиусы кривизны оптических поверхностей, Форма линз в компонентах 1 — 5 в рам. ках указанных признаков может отличаться от формы линз в приведенном примере. При определении конкретной конструкции компенсатора К кривизны изображения обеспечивается одновременный учет величины и знака других остаточных аберраций (сферической, хроматической, астигматизма), Оптическая система эндоскопа включает объектив 18 эндоскопа (фиг. 1), систему 19 и

20 передачи изображения и окуляр 21, Так, например, каждый из компонентов

1 и 5 может состоять из одной одиночной менискообразной или двояковогнутой 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. Ком. понент 3 в случае снижения степени коррекции кривизны изображения может состоять всего лишь из одной двояковыпуклой линзы. Однако при.зто обязательнодол-. жны быть выполнены условия: 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, пятый 5 компоненты обладают оптической силой отрицательного знака и имеют вогнутые поверхности 14-17 со стороны ближайшего положительного второго 2 и четвертого 4 компонентов соответственно, B составе оптической системы эндоско.па или зрительной трубы компенсатор К установлен по ходу лучей света перед окуляром 21, но позади объектива 18 эндоскопа и системы 19 и 20 передачи изображения. При этом из-за наличия телецентрического хода лучей (главных лучей) в компенсаторе .К не происходит срезания пучков лучей света при его стыковке с указанными частями оптической системы эндоскопа.

Изображение исследуемых объектов с помощью объектива 18 (фиг, 1), граданной

19 и (или) линзовой 20 систем передачи изображения формируется перед первым компонентом 1 компенсатора К. Это изображение Б (фиг, 1 и 2) имеет искривленную (вогнутую со стороны объектов) поверхность изображения. Особенно сильно такое искривление в случаях, когда нет возможности.использования сложных по конструкции объектива 18 эндоскопа (с переисправленной кривизной изображения) или линзовой оборачивающей системы 20 (с уменьшенной кривизной изображения), например в особо . тонких эндоскопах с диаметром оптики рабочей части порядка 1 мм. где из-за технологических и экономических соображений обоснована целесообразность использования граданных объективов эндоскопа и системы передачи изображения, которым присуща большая (отрицательная по знаку) кривизна изображения.

Изображение Б передается к окуляру 21 с помощью лучей света, которые испытывают преломление на оптических поверхностях компонентов 1 — 5 компенсатора К, причем на оптических поверхностях 14 — 17 происходит распрямление поверхности изображения, В результате эа пятым компонентом 5 компенсатора К создается плоское иэображение В. При этом имеет место телецентрический ход.главных лучей, что обеспечивает удобную стыковку как с оборачивающей системой 20, так и с окуляром 21, через который наблюдатель рассматривает изображение под некоторым увеличением.

Ход лучей света через компенсатор К от точек изображения Б, расположенных на оптической оси и на краю поля зрения, к изображению В показан на фиг. 2.

Возможность достижения большей степени переисправления кривизны изображения (т, е., достижения положительного эффекта) в предлагаемом компенсаторе К можно проследить, если рассмотреть половинку компенсатора К (от центральной его точки А до выходной поверхности. компонента 5), которая представляет из себя объектив оборачивающей системы с вынесенным положением входного зрачка и телецентрическим ходом главных лучей (фиг. 2).

При этом крнструкция. рассматриваемого объектива, построенного по схеме, когда положительный компонент 4 из линз 8 и 9

1739339

?8 расположен в середине между отрицательными компонентами (половиной компонента 3 и компонентом 5). позволяет получить оптическую систему объектива, работающую при.больших углах поля зрения (т, е„5 имеющую меньшие аберрации в зрачках), чем если бы (как это имеет место для аналогичного обьектива в известном компенсаторе) отрицательный компонент находился в сереДине между положительными компо- 10 нентами.

Стрелка поверхности Пецваля компенсатор К в два раза больше, чем у объектива оборачивающей системы известного компенсатора. 15

Представленные на фиг, 36 графики стрелок поверхностей Пецваля рассматри. ваемого объектива известного и предлагаемого компенсатора подтверждают сделанный вывод и показывают, что кривизна изо- 20 бражения (положительная по знаку) в предлагаемом компенсаторе значительно больше, чем в известном, что предопределяет более высокую степень компенсации отрицательной по знаку кривизны изобра- 25 жения в оптической системе эндоскопа.

Таким образом, предлагаемый компенсатор кривизны изображения для эндоскопа или зрительной трубы позволяет. повысить качество изображения в эндоско- 30 пе (или зрительной трубе) путем увеличения степени компенсации кривизны изображения, Кроме того, половинка компенсатора (от входной поверхности компонента 1 или 35 выходной поверхности компонента 5 до центра компонента 3 — точки А) может быть использована как самостоятельный объектив, формирующий изображение объектов на выпуклую поверхность приемника, или 40 как окуляр, компенсирующий кривизну изображения впереди стоящей оптической системы.

Изобретение найдет применение в оптических системах эндоскопов, используемых как для визуальных исследований, так и для фото-, кино- и телевизионных съемок.

Особенно перспективно его использование в особо тонких приборах или эндоскопах, обладающих увеличенной длиной рабочей части, а также в зндомикроскопах.

Использование изобретения йозволит повысить качество эндоскопических исследований и надежность диагноза при медицинском обследовании.

Формула изобретения

Компенсатор кривизны иэображения для зндоскопа или зрительной трубы, выполненный в виде симметричной относительно средней точки оборачивающей системы с телецентрическим ходом главных лучей, содержащий пять линзовых компонентов, знаки оптических сил которых последовательно чередуются, причем второй и четвертый компоненты состоят из,разделенных воздушным промежутком двух линз, у которых радиусы кривизны поверхностей, направленных навстречу друг другу, имеют противоположные знаки, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что, с целью повышения качества изображения, второй и четвертый компоненты выполнены с положительной оптической силой, поверхности их линз, обращенные навстречу друг другу, — выпуклыми, при этом первый, третий и пятый компоненты выполнены с отрицательной оптической силой и имеют вогнутые поверхности, обращенные к второму и четвертому компонентам.

1739339

2, 3 ф л л

Фиг. 2 г +< PON8nygy

s,s5

Составитель Л.Мухина

Редактор И.Горная . Техред М,Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 2002 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101