Об’єктиви, окуляри та системи передачі зображення ендоскопів

Об’єктив ендоскопа призначений для формування зміненого зображення об’єктів дослідження у відповідності з типовими рекомендаціями об’єктиви повинні мати кутові поля більше за 50⁰ та малу величину фокусної відстані, що дозволяє спостерігати об’єкти, розміщені на різних відстанях об’єктива без перефокусування.

Объектив эндоскопа предназначен для формирования уменьшенного изображения исследуемых объектов. В соответствии с рекомендациями, содержащимися в таблице 3, объективы должны иметь угловые поля от 50 до 135° и более. Так как изображение, построенное объективом, должно иметь малый размер, обусловленный малыми поперечными размерами оптической трубки эндоскопа, то в соответствии с формулами (10) и (11) и объективы должны иметь малую величину фокусного расстояния. Именно это обстоятельство позволяет проводить наблюдение объектов, расположенных на различных расстояниях от объектива без перефокусировки. В работе [14] показано, что для этого достаточно, чтобы фокусное расстояние объектива эндоскопа было в 8÷10 раз меньше расстояния до объекта наблюдения.

Итак, объектив эндоскопа можно отнести к оптическим системам с малым фокусным расстоянием (от 3 до 20 мм), которые при сравнительно небольших относительных отверстиях обладают большими угловыми полями в пространстве предметов.

В самом простом варианте объектив эндоскопа может быть выполнен в виде одиночной линзы. Для увеличения поля зрения в широкоугольных эндоскопах перед объективом устанавливается плоско-вогнутая линза, обращенная плоской стороной к предмету, которая одновременно играет роль защитного стекла. Для обеспечения требуемого угла направления наблюдения в оптическую схему между объективом и защитным стеклом может вводиться призма. Очевидно, для уменьшения ее размеров необходимо рассчитывать систему таким образом, чтобы призма располагалась в области входного зрачка. Таким образом, собственно короткофокусный объектив работает с вынесенным входным зрачком, который удален от него на большое расстояние (по сравнению с его фокусным расстоянием). Именно эта особенность определяет форму однолинзового объектива эндоскопа как плоско-выпуклой линзы, обращенной плоской поверхностью к удаленному предмету. Дело в том, что при расчете объективов различного назначения с вынесенным входным зрачком в качестве базового компонента используется именно плоско-выпуклая линза, так как позволяет создать систему, свободную от астигматизма и комы [16].

С аберрационной точки зрения, целесообразно рассматривать и рассчитывать объектив эндоскопа совместно с толстой плоскопараллельной пластиной и отрицательным компонентом - защитным стеклом. Так как первый коллектив часто имеет большую толщину (соизмеримую с его диаметром) и располагается на малом расстоянии от объектива, то при расчетах объектива он также может включаться в расчетную схему объектива.

На рисунке 13 приведены оптические схемы некоторых объективов эндоскопов. По данным [17], в разных схемах астигматизм составляет 0,2 ÷ 0,8 мм для угловых полей 56° и 0,33 ÷ 9 мм для угловых полей 90°, меньше всего его величина для схем, изображенных на рисунках 13в, д, е, - не более 0,50 мм для углового поля 90°. Зная фокусное расстояние окуляра и не учитывая возможную компенсацию аберраций объектива и последующих оптических элементов системы, легко оценить величину астигматизма в диоптрийной мере за окуляром эндоскопа по известной формуле

Фокусна відстань об’єктива ендоскопа повинна бути в 8-10 разів відстані до об’єкту спостереження.

З операційної точки зору це доцільно розглядати та розраховувати об’єктив ендоскопа разом з товстою ППП та від’ємним компонентом (захисне скло).

Окуляр ендоскопа призначений для візуалізації зображення предмета створеного об’єктивом.

Окуляр позволяет рассматривать расположенное перед ним изображение с определенным видимым увеличением. Так как видимое увеличение телескопической системы эндоскопа меньше 1^х, то угловое поле окуляров меньше, чем угловое поле объективов. Поэтому во многих оптических системах эндоскопов, в частности, представленных в следующих разделах, окуляры имеют достаточ но простую конструкцию, например, они могут быть выполнены в виде двухлинзовой склейки.

Изменение рабочего расстояния эндоскопа при сохранении его видимого увеличения может быть достигнуто путем использования в схемах окуляров с различными фокусными расстояниями (см. формулу (3)).

Диоптрийная подвижка окуляров эндоскопов должна обеспечивать получение резкого изображения объекта, находящегося на рабочем расстоянии, при наблюдении глазом с аметропией в пределах не менее ± 5 дптр.

Системи передачі зображення слугують для переносу сформованого об’єктивом зображення на проксимальний кінець ендоскопа в предметну площину окуляра або об’єктива окуляра або об’єктива кінофотопристрою або на кінокамеру. Системи передачі зображення бувають:

1 Лінзові – більшість жорстких ендоскопів містять лінзову систему передачі зображення, яка включає в собі декілька послідовно розміщених лінзових обертаючих систем з колективними лінзами між ними.

В залежності від конструктивного виконання компонентів лінзових обертаючих систем останні можна розділити на три типи.

Рисунок 17 - Схемы линзовых систем передачи изображения в эндоскопах: а) с оборачивающими системами из ахроматических линзовых склеек; б) с двухлинзовым компенсатором; в) со стержневидными линзами

2. Граданные системы передачи изображения

3. Телевизионные системы передачи изображения

Дата добавления: 2014-01-07