40. Жёсткие микроэндоскопы
???
41. Передача и получение изображение посредством оптического волокна
Для передачи изображения используют пучок волоконно-оптических элементов с регулярной структурой. При этом число элементарных волокон может превышать 106 на 1 см2 при диаметре волокон 9 - 15 мкм. Торцы световодов полируют. Такой пучок передает изображение, сформированное линзами объектива, на окуляр (рисунок 1.4.2).
Рисунок 1.4.2 – Схема формирования и передачи изображения пучком волоконно-оптических элементов с упорядоченной структурой
При использовании световодов следует иметь в виду, что они могут сильно деполяризировать проходящий свет.
Разрешающая способность серийных световодов составляет в среднем 15 – 20 мм-1. Лучшие образцы могут иметь разрешающую способность до 50 мм-1.
42. Волоконно-оптические эндоскопы
Волоконные световоды представляют собой набор тонких стеклянных светопроводящих волокон диаметром 9–30 мкм, собранных в жгут. Каждый элементарный световод (волокно с большим показателем преломления) покрыт снаружи тонким слоем (1–2 мкм) стекла с более низким показателем преломления.
На границе волокно-покрытие в результате явления полного внутреннего отражения происходит отражение света, входящего в основное волокно, что обеспечивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением (рисунок 1.4.1).
Рисунок 1.4.1– Ход лучей в волоконно-оптическом световоде
Максимальный угол umax, под которым свет может войти в световод без нарушения условий полного внутреннего отражения, определяется по формуле
,
где u – апертурный угол;n1 и n2 – показатели преломления сердцевины и оболочки.
При n1 = 1,7 – 1,8 и n2 =1,5, umax = 60°.
Коэффициент пропускания световодов составляет примерно 40 ... 50 %.
Волоконные световоды обладают преимуществами, делающими их незаменимыми при решении многих задач. Так, они позволяют передавать изображение без искажения при их изгибе по любому криволинейному профилю. Высокая световая эффективность световодов используется при создании осветительных систем эндоскопов. При этом источник света располагается вне прибора, что позволяет исключить нагрев изделия. Волоконные осветители "холодного" света могут иметь торцы любой формы, например кольцевой, что обеспечивает высокую равномерность освещения объекта.
43.Осветительная система эндоскопа
Основная задача осветительной системы эндоскопа заключается в обеспечении высокой освещенности поля зрения и создании колориметрического подобия изображения объекту.
Для оценки требуемой величины освещенности наблюдаемого объекта в поле зрения эндоскопа используются формулы прикладной оптики для расчета величины освещенности изображения, построенного оптической системой, которые применительно к оптической системе эндоскопа можно записать в виде
,
(3.1
где E 'из – освещенность на оси изображения в предметной плоскости окуляра эндоскопа;
Lоб – яркость объекта наблюдения;
τ об, τ об.с. – коэффициенты пропускания объектива и системы переноса изображения (оборачивающей системы);
σ'A' – апертурный угол в пространстве изображений объектива ( рисунок 1.1);
об.с. – линейное увеличение системы переноса изображения.
В соответствии с законом Ламберта для диффузно отражающих поверхностей соотношение между яркостью объекта Lоб и его освещенностью Eоб определяется коэффициентом r диффузного рассеяния
.
Осветительная система должна создавать величину освещенности наблюдаемого в эндоскоп объекта в 4K2/ρτоб τоб.с раз выше, чем желаемая величина освещенности изображения в предметной плоскости окуляра (здесь К – диафрагменное число объектива).
Количественная оценка показывает, что освещенность объекта должна превышать желаемую освещенность изображения на три порядка. Поскольку диафрагменное число K объектива определяется наблюдательной системой эндоскопа и не может быть малым в силу необходимости обеспечения определенной глубины резко изображаемого пространства, то в оптических системах эндоскопов большое значение имеют меры по повышению коэффициентов пропускания объектива и системы переноса изображения.
Осветительные системы современных эндоскопов создают величину освещенности наблюдаемого биологического объекта от нескольких тысяч до десятков тысяч люкс.