Объектив эндоскопа

Предлагаемая полезная модель относится к области эндоскопии, к объективам для эндоскопов и может быть использована в серийных эндоскопах типа БВО-3. Эндоскопы предназначены для визуального исследования внутренних органов человека.
Объективы, применяемые в приборах такого типа, имеют ряд особенностей, нехарактерных для прочих оптических систем. В частности, габаритные размеры объективов эндоскопов (ОЭ) ограничены 2,5 - 3 мм в диаметре и до 6 - 10 мм от первой преломляющей поверхности до плоскости изображений. Фокусное расстояние ОЭ определяется углом его поля зрения и диаметром приёмника и находится в пределах 0,4 - 1,5 мм. Для обеспечения возможности сопряжения ОЭ с приёмником, на его выходе необходимо обеспечить телецентрический или параллельный оптической оси ход главных лучей. В качестве приёмников изображения могут использоваться жёсткие трансляторы с градиентным распределением показателя преломления, гибкие волоконно-оптические световоды, или электронные приборы зарядовой связи (ПЗС матрицы). Первая поверхность фронтальной линзы ОЭ должна быть плоской для обеспечения возможности её омывания в процессе работы.
li(,l:(
В настоящее время, когда появились новые волоконнооптические трансляторы изображения диаметром не более 1 мм, многие ОЭ, разработанные ранее для использования совместно с трансляторами предыдущего поколения устарели, т. к. качество формируемого ими изображения существенно ниже предельной разрешающей способности современных приемников. Вместе с тем, на рынке медицинской техники сохраняется потребность в недорогих и относительно несложных эндоскопах, объективы которых также должны отличаться простотой и невысокой стоимостью.
От объективов, предназначенных для установки в недорогие эндоскопы, требуется в первую очередь обеспечить высокую разрешающую способность, соответствующую разрешающей способности волоконнооптического жгута. При этом, оптическая схема такого объектива должна отличаться простотой и технологичностью и содержать минимальное число компонентов 1,2.
Обычно для повышения разрешающей способности широкоугольной оптической системы достаточно использовать традиционную элементную базу (линзы со сферическими поверхностями) 3.
В качестве прототипа предлагаемого ОЭ можно рассматривать объектив 4 с угловым полем в пространстве предметов 2(. Прототип содержит три компонента, из которых первый имеет отрицательную оптическую силу, второй, склеенный, чья первая поверхность совмещена с апертурной диафрагмой, обладает положительной оптической силой и
включает плосковыпуклую линзу и положительный мениск, третий склеенный компонент - положительный, состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.
Данный ОЭ отличается небольшими габаритами и достаточно высоким качеством изображения, но имеет и недостатки:
в изображении внеосевых точек присутствует кома; нетелецентричность внеосевых пучков в пространстве изображений достигает 8°;
избыточное количество склеенных линз.
Основная задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в упрош,ении конструкции ОЭ путем уменьшения количества склеенных линз в оптической схеме, исправлении комы внеосевых пучков лучей, улучшении выходной телецентричности.
Для решения поставленной задачи предложен ОЭ, состояш,ий, как и прототип, из трех компонентов, первый из которых представляет собой плосковогнутую отрицательную линзу, второй - одиночную положительную линзу, третий компонент - склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Между первым и вторым компонентами располагается апертурная диафрагма. Отличие предлагаемой полезной модели от прототипа состоит в том, что второй компонент выполнен в виде одиночной линзы, а апертурная диафрагма не прилегает к его первой поверхности.
.. (
Сущность полезной модели заключается в том, что полученная оптическая схема отличается от прототипа меньшим количеством деталей, меньшей чувствительностью к расфокусировкам при одинаковой апертуре, лучшей коррекцией хроматизма увеличения и комы, а также практически строгой телецентричностью.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена оптическая схема объектива и Приложением.
Объектив эндоскопа включает три компонента. Первый компонент выполнен в виде плосковогнутой линзы 1, второй - положительная линза 2, причем 0. об/f 2 0-655, где f об - фокусное расстояние объектива; f 2 - фокусное расстояние второго компонента, третий склеенный компонент 3 состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, причем I fo6/di(3)l.l; 1.8 fo6/d2(3)2, где ёцз) - толщина по оси первой линзы третьего компонента; d2(3) - толшина по оси второй линзы третьего компонента. Апертурная диафрагма расположена между первым и вторым компонентами вблизи передней фокальной точки группы линз, включающей второй и третий компоненты.
Принцип работы предлагаемого объектива состоит в следующем: отрицательная линза 1 уменьшает углы внеосевых пучков с оптической осью перед апертурной диафрагмой. Следующая за апертурной диафрагмой система линз положительной оптической силы из второго и третьего компонентов формирует реальное изображение вблизи фокальной плоскости объектива. Перераспределение оптической силы между элементами 2 и 3 в
группе линз после апертурпой диафрагмы в сторопу значительного усиления компонента 2 позволило получить более сбалансированную систему в отношении коррекционной нагрузки на ее отдельные элементы, что в условиях несимметричной оптической схемы дало возможность существенно уменьшить кому внеосевых пучков. Другим следствием такого решения стала возможность отказа от слабого хроматического радиуса во втором компоненте, т. к. перераспределение оптических сил непосредственно сказывается и на хроматизме увеличения. Передняя фокальная точка группы компонентов 2 и 3 расположена на расстоянии 0,06 мм от первой поверхности линзы 2, что позволяет установить вблизи ее апертурную диафрагму, обеспечив тем самым практически строгую параксиальную телецентричность всей системы.
Таким образом, преимуш;ество предлагаемой полезной модели заключается в том, что упрошена конструкция объектива эндоскопа за счет уменьшения количества деталей, уменьшена чувствительность к расфокусировкам, улучшена коррекция хроматизма увеличения и комы, а также уменьшена выходная нетелецентричность. КОНСТРУКТИВНЫЕ
Фокусное расстояние: Диафрагмвиное число F/D: Числовая апертура в проса рансфве предмофов: Угловое поле (град.):
Длина волны, мкм:
Диаметр входного зрачка:0.1857
Положение входного зрачка:0.3715
Диаметр выходного зрачка:14.4621
Положение выходного зрачка:-50.6306
Параксиальная величина изображения:0.7752
Параксиальное линейное увеличение:-0.0627
Параксиальное угловое увеличение:0.0374
Длина системы:3.0700
Конструктивные параметрыоптической системы
ПРИЛ ОЖЕНИ
0.6499 3.5000
0.0090 50.0000
0.4400спектральный
0.5460спектральный
0.7000спектральный
0.5000спектральный
0.6000спектральный ПАРАМЕТРЫ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТИВА ЭНДОСКОПА
Характеристики главных лучей пучков
Абеооаиии внеосевых ПУЧКОВ (саг. сеч. ) Полихроматическая част-отко0.00 deg
tial frequency
Tangential 0.000000 1.00000 10.000000 0 . у 7 14 1 20.000000
Г ( О 7 -1 Т 30.000000
О .  1 2 -  40.000000 0.
40,00 deg
patial ГгeqLIe ncy
Tangential
0.000000 1. 0 0 0 0 и
10.000000 0.96877
20.000000 0.93392
30.000000 0.89541
л л n p П 0 n л
n о с о о о
1 j   ly w и w v.
J- . - Nj  w d50.00 deg
atial frequency
m , ,, .  s u .; -,1 I 3UUCilUJ-ClJ 0.uuOOOO
1.00000 10.000000
0.95168 20.000000 0.88 860 30.000000 0 Я 16 о 6 40.000000 0.7414
Sagittal 1-00000 0.57141
П Г) о т т 7 W . J J . -L .
0.90232 0.86235
Sagittal 1.0000 0 0.96910 0.93222 0.89121
p q ,1 -7 о fo . о -I (  О
- i  i- 4-  т
Ociqj, L L.dj,
1.. 00000 0.96510
0.918 i 0 p о и: : n Q
W .   о sj  I0.я0362 контрастная характеристика
источники ИНФОРМАЦИИ
1.США, патент №5530591, МПК: G02B 021/02; G02B 003/08; G02B 009/12,25.06.1996
2.США, патент №5691853, МПК: G02B 009/00; G02B 007/02; G02B 005/00,25.11.1997
3.США, патент №5208702, МПК: G02B 13/22, 1991
4.США, патент №55015208, МПК: G02B 009/00, 07.05.1996 прототип