Объектив эндоскопа

Объектив выполнен из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент с оптической силой φI содержит мениск с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению. Второй компонент с оптической силой φII содержит плосковыпуклую линзу с оптической силой φII,1 и склеенную линзу с оптической силой φII,2. В первый компонент перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза второго компонента выполнена склеенной. Оптические силы линз и компонентов удовлетворяют следующим условиям: 0.25<|φI/φ|<0.35, 0.48<φII/φ<0.58, 0.3<φI,2/φ<0.4, 0.5<φII,1/φ<0.6, 0.05<φII,2/φ<0.15, где φ оптическая сила объектива в целом. Технический результат - обеспечение хорошего качества изображения во всем интервале изменений рабочего отрезка S=3÷100 мм, уменьшение угла наклона главного луча до значений, меньших ω'=17°, и повышение относительной освещенности на краю поля изображения до 60%. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области эндоскопии, к объективам для эндоскопов (ОЭ), и может быть использовано в видеоэндоскопах, предназначенных для исследования внутренних органов человека.

К особенностям объективов для видеоэндоскопов относятся:

- малые габариты - по диаметру линзы менее 2÷3 мм, по длине менее 4÷7 мм,

- малые значения фокусных расстояний f'=0.5÷2 мм,

- большие угловые поля зрения 2ω>120°

- большие оптические задние отрезки S'≥f',

- наклон главных лучей ω' в пространстве изображений не должен превышать 17°, что обусловлено свойствами ПЗС-приемника,

- объектив работает в диапазоне расстояний до предмета S=3÷100 мм,

- требуется высокое качество изображения по всему полю на всем диапазоне рабочих расстояний.

Известны конструкции оптических схем объективов, состоящих из 3-5 линз, в разной степени удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям [1-5].

В качестве прототипа предлагаемого ОЭ можно рассматривать объектив [2] с угловым полем в пространстве предметов 2ω=140°. Прототип содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, из которых первый компонент с отрицательной оптической силой выполнен в виде отрицательного мениска, второй компонент состоит из плосковыпуклой и склеенной линз. ОЭ имеет небольшие габариты и хорошее качество изображения на средних и больших дистанциях, но обладает целым рядом недостатков:

- низкое качество изображения на коротких расстояниях до объекта S=3÷5 мм, Так, например, при расстоянии S=3 мм коэффициент передачи контраста, равный 0.4, достигается в центре поля на частоте 20 мм-1 и на краю поля N=30 мм-1,

- большой угол главного луча в пространстве приемника, достигающий ω'=40° для края поля, что ухудшает работу ПЗС-приемника,

- малая освещенность на краю поля изображения - до 40%.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение хорошего качества изображения во всем интервале изменений рабочего отрезка S=3÷100 мм, уменьшение угла наклона главного луча до значений, меньших ω'=17°, и повышение относительной освещенности на краю поля изображения до 60%.

Для решения поставленной задачи предложен объектив эндоскопа, который, как и прототип, выполнен из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой, первый из которых с оптической силой φI содержит отрицательный мениск с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению, и второй компонент с оптической силой φII, содержащий плосковыпуклую линзу с оптической силой φII,1 и склеенную линзу с оптической силой φII,2.

В отличие от прототипа, в первый компонент перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза второго компонента выполнена склеенной, при этом оптические силы линз и компонентов удовлетворяют следующим условиям:

0.25<|φI/φ|<0.35,

0.48<φII/φ<0.58,

0.3<φI,2/φ<0.4,

0.5<φII,1/φ<0.6,

0.05<φII,2/φ<15, где φ оптическая сила объектива в целом.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что благодаря предлагаемой схеме выполнения ОЭ, в которой первый компонент, содержащий отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к изображению, дополнен плосковыпуклой линзой, а во втором компоненте, содержащем плосковогнутую линзу и склеенную линзу, плосковыпуклая линза выполнена склеенной, удалось улучшить качество изображения на коротком расстоянии до объекта S=3÷5 мм), уменьшить угол главного луча с оптической осью ω' до 15° и повысить относительную освещенность на краю поля до 60%.

В частности, введение дополнительной плосковыпуклой линзы в первый компонент и выполнение плосковыпуклой линзы второго компонента склеенной позволило уменьшить астигматизм от значения С22=0.275λ (в прототипе) до C22=0.003λ (в предлагаемом объективе), где C22 - коэффициент волновой аберрации астигматизма.

Выполнение оптических сил линз и компонентов, удовлетворяющих условиям:

0.25<|φI/φ|<0.35,

0.48<φII/φ<0.58,

0.3<φI,2/φ<0.4,

0.5<φII,1/φ<0.6,

0.05<φII,2/φ<0.15,

где φ - оптическая сила объектива в целом, обеспечило уменьшение угла главного луча с оптической осью ω', коррекцию хроматических аберраций и кривизны изображения.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена оптическая схема объектива эндоскопа, и Приложением.

Объектив эндоскопа включает два компонента. Первый компонент (I) с оптической силой φI, содержит отрицательный мениск 1 с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению.

Второй компонент (II) с оптической силой φII, разделенный с компонентом I апертурной диафрагмой (АД), содержит плосковыпуклую линзу 2 с оптической силой φII,1 и склеенную линзу 3,4 с оптической силой φII,2. В компонент I перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза 5 с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза выполнена склеенной из линз 2 и 6.

В заднем отрезке объектива расположена плоскопараллельная пластинка 7, представляющая собой ИК-фильтр и защитное стекло приемника.

Работа предлагаемого объектива эндоскопа осуществляется следующим образом.

Отрицательный первый компонент I, состоящий из отрицательного мениска 1 и плосковыпуклой линзы 5, обеспечивает уменьшение углов внеосевых пучков с оптической осью перед АД и увеличение заднего отрезка объектива. Следующий за АД положительный второй компонент II, включающий линзы 2, 3, 4, 6 и плоскопараллельную пластинку 7, формирует реальное изображение предмета в плоскости установки, единой для всего диапазона рабочих расстояний S. В Приложении приведен объектив со следующими оптическими силами линз и компонентов

I/φ|=0.29,

φII/φ=0.53,

φI,2/φ=0.35,

φII,1/φ=φ2,6/φ=0.54,

φII,2/φ=φ3,4/φ=0.12.

Параметры объектива:

- диапазон рабочих расстояний S=3÷100 мм,

- угол поля зрения 2ω=140°,

- угол главного луча с оптической осью для края поля не превышает ω'=15°,

- относительная освещенность на краю поля изображения составляет 60%,

- коэффициенты передачи модуляции для пространственных частот до 100 мм-1 для разных рабочих расстояний приведены на графиках ЧКХ.

Таким образом, объектив эндоскопа обладает высоким качеством изображения в пределах углового поля 2ω=140° и рабочих расстояний S=3÷100 мм. Существенно по сравнению с прототипом улучшена относительная освещенность на краю поля до 60% и уменьшен угол ω' главного луча с оптической осью более чем в два раза.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Япония, патент JP 2006276779, G02B 13/00, 2006 г.

2. Япония, патент JP 71403 79, G02B 13/04, 1995 г. - прототип.

3. Япония, патент JP 2004258611, G02B 23/26, 2004 г.

4. Япония, патент JP 6308381, G02B 13/04, 1994 г.

5. Япония, патент JP 8334688, G02B 13/04, 1996 г.

Объектив эндоскопа, выполненный из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой, первый из которых с оптической силой φI, содержащий мениск с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению, и второй компонент с оптической силой φII, содержащий плосковыпуклую линзу с оптической силой φII,1 и склеенную линзу с оптической силой φII,2, отличающийся тем, что в первый компонент перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза второго компонента выполнена склеенной, при этом оптические силы линз и компонентов удовлетворяют следующим условиям:

0.25<|φI/φ|<0.35,

0.48<φII/φ<0.58,

0.3<φI,2/φ<0.4,

0.5<φII,1/φ<0.6,

0.05<φII,2/φ<0.15,
где φ оптическая сила объектива в целом.



 

Похожие патенты:

Объектив может быть использован для работы в ИК-диапазоне длин волн в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре компонента: первый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный мениск, четвертый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Объектив // 2451312
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в тепловизионных приборах, приемники которых чувствительны в инфракрасной (ИК) области спектра, в частности в диапазоне спектра =8-14 мкм.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в визуальных и в ИК-системах. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться в качестве объектива в цифровых наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС-матрице, в том числе в современных приборах ночного видения, фото- и видеокамерах, проекционных приборах.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.

Объектив // 2386988
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице. .

Изобретение относится к области термической обработки изделий при помощи лазерного излучения и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин.

Изобретение относится к области оптики, а более конкретно к конструкции объективов, предназначенных для использования в фотокамерах с целью получения цветных снимков с большой глубиной резко изображаемого пространства.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при конструировании объективов для проекционного телевизора. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для расширения сжатия светового пучка в одном из сечений. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании объективов для фотографии, кино, телевидения, художественной голографии, технической съемки.

Изобретение относится к профессиональной кинематографии. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть искользовано для управления процессами водораспределения и полива риса на рисовых оросительных системах, преимущественно для рисовых карт- Краснодарского типа Кубанского варианта.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить спектральный диапазон, увеличить поле зрения и упростить конструкцию устр-ва. .

Изобретение относится к устройству захвата изображений, системе захвата изображений и способу управления для устройства захвата изображений. Технический результат заключается в уменьшении объема данных опорной пиксельной области, которые записываются, при одновременном подавлении снижения качества при обработке коррекции изображения. Технический результат достигается за счет устройства захвата изображений, которое содержит модуль захвата изображений, который включает в себя датчик изображений, который имеет эффективную пиксельную область и опорную пиксельную область, которая выводит опорный сигнал для коррекции выходного сигнала эффективной пиксельной области. В случае, если удовлетворяется предварительно определенное условие, модуль уменьшения уменьшает объем данных для данных опорной пиксельной области, которые соответствуют опорной пиксельной области в данных изображений, полученных посредством модуля захвата изображений. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Объектив выполнен из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент с оптической силой φI содержит мениск с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению. Второй компонент с оптической силой φII содержит плосковыпуклую линзу с оптической силой φII,1 и склеенную линзу с оптической силой φII,2. В первый компонент перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза второго компонента выполнена склеенной. Оптические силы линз и компонентов удовлетворяют следующим условиям: 0.25<φIφ<0.35, 0.48<φIIφ<0.58, 0.3<φI,2φ<0.4, 0.5<φII,1φ<0.6, 0.05<φII,2φ<0.15, где φ оптическая сила объектива в целом. Технический результат - обеспечение хорошего качества изображения во всем интервале изменений рабочего отрезка S3÷100 мм, уменьшение угла наклона главного луча до значений, меньших ω17°, и повышение относительной освещенности на краю поля изображения до 60. 1 ил., 1 пр.

Наверх