Ниже рассматривается ряд оптических схем эндоскопов, построенных с использованием стержневидных линз, определены их основные достоинства и недостатки.

Головной объектив 1, в соответствии с рисунком 32а, формирует изображение рассматриваемых объектов в уменьшенном виде перед первой из оборачивающих систем 2 внутри стержневидного коллектива 3. Полученное изображение последовательно передается с помощью ряда компонентов к окуляру 4. Окуляр позволяет рассматривать изображение с увеличением [29].

Рисунок 32 - Оптические схемы жестких медицинских эндоскопов

Недостатком рассмотренной схемы, связанным с ее конструктивными особенностями, является значительная величина дисторсии. Для повышения качества изображения в работе [30] предлагается оптическая схема, представленная на рисунке 32б . Оптическая схема содержит головной объектив 1, состоящий из отрицательного (2) и положительного (3) компонентов, оборачивающую систему 4 и окуляр 5. Система снабжена компенсатором 6, установленным за оборачивающей системой на расстоянии, не превышающем двух диоптрий от фокальной плоскости окуляра 5, выполненным в виде отрицательной плоско-вогнутой (7) и положительной выпукло-плоской (8) линз, при этом показатель преломления последней превышает не менее, чем на 0,2, показатель преломления отрицательной линзы 7. Пучки лучей, проходя через компенсатор 6, преломляются на отрицательной (7) и положительной (8) линзах. В силу того, что аберрационные свойства оптической поверхности зависят как от величины и знака ее кривизны, так и от угла падения лучей относительно нормалей в местах встречи лучей с этой поверхностью, при прохождении пучков лучей через линзы 7 и 8 происходит уменьшение дисторсии и улучшение качества изображения.

В работе [31] предложена оптическая схема эндоскопа, позволяющая повысить качество изображения за счет улучшенной коррекции астигматизма при одновременном повышении качества центрирования оптических деталей в одном склеиваемом блоке (не превышает 4 деталей, в предыдущей схеме используется до 5 деталей).

Оптическая схема эндоскопа, представленная на рисунке 32в, может быть выполнена с двумя вариантами ориентирования поверхностей склейки: а – поверхности склейки с отрицательной оптической силой крайних компонентов вогнутостью повернуты к среднему компоненту; б – то же, выпуклостью к среднему компоненту.

Оптическая схема эндоскопа содержит головной объектив 1, последовательно расположенные одинаковые симметричные оборачивающие системы 2, состоящие из трех положительных стержневидных двояковыпуклых компонентов 3, 4 и 5 (средний компонент 4 выполнен склеенным из двух плоско-выпуклых линз 6 и 7 и расположенной между ними плоскопараллельной пластины 8, а ближайшая к среднему компоненту 4 поверхность склейки крайних компонентов 3 и 5 имеет отрицательную оптическую силу), и окуляр 13. Причем, если поверхность склейки с отрицательной оптической силой крайних компонентов 3 и 5 ориентирована к среднему компоненту 4, то каждый крайний компонент 3 и 5 включает в себя положительную двояковыпуклую линзу 9 и вогнуто-плоскую линзу 10, плоскопараллельную пластину 11 и плоско-вы-пуклую линзу 12, при этом показатель преломления вогнуто-плоской линзы 10 превышает показатель преломления двояковыпуклой линзы 9 на величину от 0,1 до 0,3. Если же поверхность склейки с отрицательной оптической силой крайних компонентов 3 и 5 ориентирована выпуклостью к среднему компоненту 4, то каждый крайний компонент 3 и 5 включает в себя отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 14 и выпукло-плоскую линзу 15, плоскопараллельную пластину 16 и плоско-выпуклую линзу 17, при этом показатель преломления вогнуто-выпуклой отрицательной линзы 14 больше показателя преломления плоско-выпуклой линзы 17 на величину от 0,1 до 0,3.

Рассматриваемая система может быть реализована, например, в оптической системе цистоскопа, конструктивные параметры половинки оборачивающей системы которой представлены в приложении Е.

Технические характеристики оборачивающей системы (вариант а):

световой диаметр линз	2,5 мм;
расстояние от одного промежуточного изображения до другого	60,7 мм;
увеличение	-1 крат;
расстояние от изображения до ближайшей оптической поверхности	5,4 мм;
размер изображения	1,8 мм;
фокусное расстояние половинки оборачивающей системы	13,49 мм.

Технические характеристики оборачивающей системы (вариант б):

световой диаметр линз	2,5 мм;
расстояние от одного промежуточного изображения до другого	62,0 мм;
увеличение	-1 крат;
расстояние от изображения до ближайшей оптической поверхности	2,0 мм;
размер изображения	2,08 мм;
фокусное расстояние половинки оборачивающей системы	14,90 мм.

Рассмотренным выше оптическим схемам эндоскопов присущ общий недостаток – малое удаление плоскости выходного зрачка при использовании короткофокусных окуляров. Это связано с тем, что все объективы оборачивающих систем системы передачи изображения выполнены одинаковыми с телецентрическим ходом главных лучей, что обусловливает расположение выходного зрачка системы в задней фокальной плоскости окуляра (рисунок 33). Кроме того, велика себестоимость изготовления оптической системы и недостаточна надежность ее работы, так как каждый из компонентов оборачивающей системы склеен из 2 – 5 оптических деталей, что объясняется исправлением продольных аберраций (астигматизм, сферическая, хроматизм) в каждом компоненте системы передачи изображения.

Рисунок 33 - Положение выходного зрачка при телецентрическом ходе луча

В работе [32] предложена оптическая схема эндоскопа с удаленным положением выходного зрачка и упрощенной конструкцией ( рисунок 34а ). Это достигается за счет выполнения в системе передачи изображения крайних компонентов относительно тонкими. В таком компоненте нет оптической поверхности (как это имеет место в стержневидном компоненте), выполняющей роль коллектива, пригибающего к оптической оси главные лучи. Это обстоятельство позволяет получить положение выходного зрачка за задней фокальной плоскостью окуляра. А сами крайние склеенные из трех линз компоненты, работающие как объективы оборачивающей системы, позволяют скомпенсировать остаточные продольные аберрации, присущие простым внутренним компонентам системы передачи изображения, обеспечив тем самым приемлемое качество получаемого изображения.

Рисунок 34 - Оптические схемы эндоскопов

Оптическая схема эндоскопа состоит из объектива 1, окуляра 2, системы передачи изображения 3, построенной из ряда последовательно расположенных оборачивающих систем 4, каждая из которых состоит из двух двояковыпуклых компонентов 5, 6; 7, 8; 9, 10. Причем крайние компоненты 5 и 10 выполнены одинаковыми, склеенными из трех линз 11, 12, 13. Поверхности склеек 14 и 15 выполнены с отрицательной оптической силой. Внутренние компоненты 6, 7, 8 и 9 системы передачи изображения выполнены одинаковыми в виде простых стержневидных линз. В частности, это может быть симметричная, концентрическая шаровая линза, с показателем преломления 1,5 n 1,7.

В зависимости от технологии изготовления стержневидной линзы, каждый из внутренних компонентов 6, 7, 8, 9 системы передачи изображения 3 может быть выполнен склеенным из выпукло-плоской 14, плоско-выпуклой 16 линз и расположенного между ними стержня 15 с плоскопараллельными торцами, как это сделано в оптической системе цистоскопа ( рисунок 34б ). Для снижения кривизны изображения линзы 14 и 16 выполнены из стекла с более высоким показателем преломления, чем расположенный между ними стержень 15.

Каждый из крайних компонентов 5 и 10 системы передачи изображения 3 для устранения продольных аберраций выполнены склеенными из трех линз 11, 12, 13. Предпочтительно выполнять линзы 11 и 13 в виде менисков с отрицательной оптической силой, а расположенную между ними линзу 12 – двояковыпуклой, имеющей показатель преломления меньший, чем у линз 11 и 13 (рисунок 34а).

В рассматриваемой схеме эндоскопа главные лучи попадают в окуляр 4 расходящимися и пересекают оптическую ось за задней фокальной плоскостью окуляра (рисунок 35), что позволяет обеспечить удаление выходного зрачка больше величины заднего фокального отрезка.

Рисунок 35 - Положение выходного зрачка при нетелецентрическом ходе луча

Конструктивные параметры двух вариантов эндоскопа приведены в приложении Ж.

Все рассмотренные оптические схемы эндоскопов содержат наборы линз, разделенные воздушными промежутками. Такая конструкция приводит к снижению коэффициента пропускания, увеличению рассеянного света и, как результат, к снижению контраста изображения. В работе [33] предлагается оборачивающую систему выполнять в виде моноблока 2 (рисунок 34в), содержащего на концах плосковыпуклые коллективы 4, 5 и расположенное между ними четное количество объективов 6, 7, 8, 9, разделенных пластинками 10, 11, 12, 13, 14 с осевой длиной, превышающей толщину объективов. Сокращение количества поверхностей, граничащих с воздухом, обеспечивает повышение коэффициента пропускания оптической системы и улучшение контраста изображения, построенного объективом 1 и рассматриваемого при помощи окуляра 3.