Исходными данными для проведения габаритного расчета наблюдательной системы эндоскопа обычно являются видимое увеличение на рабочем расстоянии, угловое (или линейное на рабочем расстоянии) поле в пространстве предметов, наибольший световой диаметр оптических деталей, длина оптической системы, размер и удаление выходного зрачка. Кроме того, дополнительно задается коэффициент виньетирования наклонных пучков лучей, величина которого часто принимается равной 0,5. Очевидно, что при разработке оптической схемы эндоскопа для увеличения коэффициента пропускания необходимо стремиться к уменьшению количества оборачивающих систем, т.е. к оптимальному использованию световых диаметров всех компонентов оптической схемы.
В соответствии с таблицей 3, наружные размеры эндоскопов с линзовой оптикой, зависящие от анатомических размеров и формы полостей, составляют для различных видов эндоскопов: длина – от 100 до 345 мм, диаметр – от 5,0 до 32,0 мм, при этом длина превышает диаметр от 4 до 40 раз.
Оптическую схему наблюдательного канала целесообразно рассматривать как телескопическую систему, поэтому, прежде всего, по формуле (3) определяется видимое увеличение ГТ и угловое поле 2wв (если задана величина 2y), приведенное к воздуху в пространстве предметов. Для определения последнего, если в пространстве предметов эндоскопа находится среда с показателем преломления n, необходимо воспользоваться соотношением
 , |
(10) |
где, так же, как и на рисунке 8, 2y – линейное поле, а s – расстояние до объекта. Дальнейший расчет проводится по методике расчета телескопических систем с двухкомпонентными линзовыми оборачивающими системами с параллельным ходом лучей между компонентами.
На рисунке 11 показана расчетная оптическая схема эндоскопа в тонких компонентах с тремя оборачивающими системами, с ходом осевого и наклонного пучков лучей, позволяющая получить формулы для проведения габаритного расчета. Схема предназначена для оптической трубки прямого наблюдения.
Рисунок 11 - Расчетная оптическая схема трубки прямого наблюдения в тонких компонентах
Габаритный расчет эндоскопа целесообразно начинать с определения фокусного расстояния объектива. Его величина должна быть такой, чтобы обеспечить требуемое угловое поле при заданном размере изображения:
 , |
(11) |
где 2y' – величина изображения, построенного объективом.
Как отмечалось в п. 1.2.1, линейное увеличение оборачивающих систем в эндоскопах принимается равным -1x, поэтому для обеспечения расчетного увеличения необходимо рассчитать фокусное расстояние окуляра:
 . |
При этом значение ГТ следует подставлять по абсолютной величине.
Фокусные расстояния компонентов оборачивающих систем f'обор выбираются из условия обеспечения необходимого диаметра выходного зрачка D':
 , |
где Dобор – световой диаметр компонентов оборачивающих систем.
Из подобия заштрихованных на рисунке 11 треугольников следует, что
 , |
где 
– коэффициент виньетирования крайних наклонных пучков лучей, характеризующий, какую часть от диаметра входного зрачка составляет размер проходящего через него наклонного пучка лучей.
Из последнего соотношения определяется расстояние dобор между компонентами оборачивающей системы:
 . |
(12) |
Если ввести обозначение
 , |
то длина телескопической системы L в тонких компонентах, в соответствии с рисунком 11, определится как
 , |
где n – количество оборачивающих систем.
Величина kобор определяется в зависимости от коэффициента виньетирования, и в эндоскопах обычно находится в пределах от 0,6 до 1,5. При меньших значениях kобор увеличивается количество оптических элементов и, как следствие, происходит снижение коэффициента пропускания системы, а при больших – происходит заметное снижение освещенности на краю поля изображения.
При оптимальном использовании светового диаметра эндоскопа принимается соотношение Dобор = 2y', а коэффициент виньетирования равным 0,5, тогда получается, что kобор = 1.
Последняя формула позволяет по заданной длине оптической системы определить количество оборачивающих систем:
 . |
Из рассмотрения хода пучков лучей на рисунке 11 следует, что для того, чтобы световые диаметры компонентов оборачивающей системы определялись ходом осевого пучка лучей, необходимо соответствующим образом рассчитать оптическую силу коллективов. Для этого удобнее всего воспользоваться известной из прикладной оптики формулой, связывающей оптические силы объектива 1, коллектива 2 и окуляра 3 в простой телескопической системе:
 , |
(13) |
где aP и a'P' – расстояния от главных плоскостей объектива и окуляра соответственно до входного и выходного зрачков.
Рассматривая совместно объектив 1 (рисунок 11), коллектив 2 и первый компонент 3 эндоскопа как телескопическую систему, выходным зрачком которой является апертурная диафрагма, расположенная посредине между компонентами 3 и 4 оборачивающей системы, можно определить оптическую силу первого коллектива по формуле (13), которая для данного случая с учетом введенного коэффициента (12) примет следующий вид:
 . |
Для определения фокусных расстояний коллективов, стоящих между оборачивающими системами (в данной схеме это коллективы 5 и 8), формула получается еще проще:
 . |
В частности, при kобор= 1 получается, что фокусные расстояния промежуточных коллективов равняются фокусным расстояниям компонентов оборачивающей системы.
Аналогично для коллектива, расположенного между последней оборачивающей системой и окуляром (в данной схеме это коллектив 11), можно записать, что
 , |
где a'P' – удаление выходного зрачка от задней главной плоскости окуляра.
Если в оптической системе эндоскопа световые диаметры коллективов и компонентов оборачивающих систем равны, то, учитывая соотношение (2) и заменяя 
, из формулы (7) можно найти связь между тремя важнейшими оптическими характеристиками эндоскопа с линзовой оптикой:
 , |
(14) |
Как видно из последней формулы, видимое увеличение ГЭ, линейное поле 2y в пространстве предметов и диаметр выходного зрачка D' связаны между собой таким образом, что их произведение для заданного расстояния до предмета и заданных габаритных размеров (длина и диаметр) есть число постоянное. Поэтому нельзя одновременно увеличивать значения этих оптических характеристик, так как увеличение одной из них приводит к снижению другой (или двух остальных) [14]. Формула (14) может использоваться и при оценке рассчитанных систем. При правильной постановке коллективов, симметричном ходе лучей через оборачивающие системы и оптимальном использовании светового диаметра произведение трех главных оптических характеристик системы достаточно близко к максимально возможному, равному 
.
В следующих подразделах подробнее рассматривается элементная база оптики линзовых эндоскопов: объективы, оборачивающие системы (системы переноса изображения) и окуляры.
