3.1.2 Принцип побудови оптичної схеми ендоскопа

3.1.2.1 Функціональна схема оптичної системи ендоскопа

Ендоскопічна апаратура – це сукупність оптичних, механічних, електронних та світлотехнічних систем об’єднаних в єдиний медичний прилад. В загальному випадку ендоскоп містить:

1. Джерело світла

2. Конденсор

3. Волоконний світловод

4. Перехідний пристрій

5. Світлопровідна система

6. Система формування пучка допоміжного освітлення

7. Об’єктив ендоскопа

8. Система передачі зображення

9. Окуляр

10. Фотографічний об’єктив

11. Фотоплівка

12. Телеоб’єктив

13. Телевізійна камера

14. Монітор

15. Око спостерігача

16. Біологічна тканина

Елементи 1-6 утворюють освітлювальну систему, а 7-14 візуальну. В конкретній конструкції мікроскопа деякі елементи можуть бути відсутні.

Умови експлуатації: температура навколишнього середовища +30^о - +45^о; відносна вологість 30 – 80%; атмосферний тиск 86,6 – 106 кПа (650 – 800 мм. рт ст.); при експлуатації в країнах Європи та СНД напруга 220В±20%, частота 50 Гц.

Рис. 3.1 – блок-схема оптичної сисеми ендоскопа

3.1.2.2 Візуальна система ендоскопа

Візуальна система ендоскопа складається з 3-х основних частин: об’єктива 1, системи передачі зображення 2, окуляра 3.

Рис 3.2 Принципіальна оптична схема спостерігальної системи ендоскопа

Так як досліджуваний об’єкт розміщується перед об’єктивом на кінцевій відстані, то формально дану систему можна відносити до мікроскопів. Проте виходячи з особливості конструкції та роботи ендоскопа відмітимо:

1. Візуальна система має величину числової апертури в просторі предмета малого порядку.

2. Фокусна відстань об’єктива від 1 до 20 мм, відносний отвір від 1:8 до 1:15.

3. Відстань до поверхні дослідження: 10 – 100 мм.

4. Відсутнє фокусування на різні відстані до об’єкту.

Тому ендоскоп доцільно розглядати як телескопічну систему з невеликим збільшенням та з наявністю обертаючої системи.

При розрахунку оптичної системи ендоскопа необхідно задати оптимальні вихідні дані:

1. Оптичні характеристики:

   • Робоча відстань s – відстань від першої поверхні захисного скла до об’єкту спостереження.

   • Кутове поле 2 в просторі предметів

   • Видиме збільшення Г

   • Розподільча здатність N

   • Діаметр вихідної зіниці

Габаритні розміри: склад біологічного каналу або досліджуваної порожнини визначають габаритні розміри: діаметр та довжина робочої частини, діаметри тубусних елементів інколи наведені в таких одиницях як Шар’єри.

Номер за шкалою Шар’єра – умовна одиниця, застосовувана для вимірювання велчичини поперечного перерізу робочої частини ендоскопа, дорівнює його периметру в міліметрах. Номер за шкалою Шар’єра для круглого розрізу ендоскопа дорівнює трьом діаметрам розрізу в міліметрах.

3.1.2.2.1 Збільшення та поле зору

Збільшення визначається згідно пункту 2.1.3.1, якщо предмет знаходиться перед об’єктивом на кінцевій відстані з показником заломлення n. Визначимо зв'язок між видимим збільшенням ТС та видимим збільшенням ендоскопа на розрахунковій відстані в робочому середовищі з n.

(3.1)

(3.2)

Якщо предмет розглядати неозброєним оком з відстані найкращого зору, то його видно під кутом

(3.3)

Відповідно при спостереженні в ендоскоп він буде сприйматись з видимим збільшенням

(3.4)

3.1.2.2.2 Дифракційна границя розподілення

Розраховується за формулою:

3.1.2.2.3 Світловий діаметр

Для отримання найменших поперечних розмірів ендоскопа його оптична система проектується так, що світлові діаметри D_св компонентів системи переносу зображення визначають величиною зображення побудованого об’єктивом.

(3.5)

Виразивши з (3.5) фокусну відстань об’єктива, а з (2.26) діаметр вхідної зіниці знайдемо співвідношення між основними параметрами ендоскопа

(3.6)

К – діафрагмове число об’єктива.

3.1.2.2.4 Розподільча здатність ендоскопа

Так як розподільча здатність N ендоскопів зазвичай виражається числом розрізняємих ліній на 1 мм об’єкту, який встановлений на робочій відстані, то:

(3.7)

Скориставшись (3.7) маємо:

(3.8)

З (3.8) випливає що збільшення поля зору при інших незмінних параметрах призводить до зменшення розподільчої здатності ендоскопа

Ендоскопи умовно можуть бути розділені на 3 групи:

1. Найпростіші, які складаються з полої трубки та освітлювача

2. Ендоскопи з традиційною оптичною схемою

3. Ендоскопи зі складними об’єктивами та системами передачі зображення.