Изображение, передаваемое по волоконно-оптическому жгуту, состоит из множества элементов разной яркости, соответствующих выходным торцам единичных волокон. Если изображение выходного торца рассматривается с таким увеличением, при котором различимы выходные торцы отдельных волокон, то картина получается «навязчивой», мозаичной, т.е. дискомфортной по сравнению с бесструктурным изображением классических оптических систем. При этом любые дефекты жгута (например, не пропускающие свет волокна или их группы) различимы и мешают наблюдению. Поэтому видимое увеличение окулярного устройства волоконного эндоскопа должно выбираться такой величины, которая позволяла бы наблюдателю рассматривать элементы изображения без напряжения. При излишне большом увеличении окулярного устройства усложняется его конструкция, более заметными становятся и дефекты всей оптической системы. Напротив, применив в волоконном эндоскопе достаточно слабый окуляр, можно настолько уменьшить масштаб видимого изображения, что наблюдатель не сможет различать отдельные волокна и сетки светоизолирующих прослоек между ними. При дальнейшем уменьшении увеличения окуляра перестанут различаться и дефектные волокна. Однако при этом неизбежно уменьшение общего потока информации об объекте, который фактически передан волоконным пучком на его выходной торец, так как при малом увеличении окуляра происходит потеря мелких деталей картины.
Качество наблюдения выходного торца жгута через окуляр принято характеризовать коэффициентом комфортности наблюдения КМ [38]:
 , |
(39) |
где nг – разрешающая способность глаза;
nн – разрешающая способность неподвижного волоконно-оптического жгута;
Г – видимое увеличение окуляра.
Коэффициент КМ характеризует относительную разрешающую способность вооруженного окуляром глаза, приведенную к разрешающей способности жгута.
В [38] даны рекомендации по выбору величины КМ, служащей для определения видимого увеличения окуляра в зависимости от разрешающей способности используемого в эндоскопе волоконно-оптического жгута.
При значениях КМ менее 0,5 мозаичность пучка не видна, разрешающая способность системы близка к разрешающей способности вооруженного глаза и почти не зависит от разрешения пучка. Но при этом разрешающая способность системы меньше половины разрешающей способности волоконно-оптического жгута, а коэффициент использования объема информации, переданного жгутом, не превышает 25%.
При КМ = 1 разрешающие способности жгута и вооруженного окуляром глаза равны, при этом мозаичность структуры еще почти не видна. Дефекты пучка, в том числе и обломы отдельных волокон, еще лежат на пределе разрешения, однако разрешающая способность всей системы составляет 71% от разрешающей способности пучка, а коэффициент использования объема информации составляет 50% от того, что фактически передает волоконно-оптический жгут.
Для повышения коэффициента использования объема информации, переданного волоконно-оптическим жгутом, коэффициент комфортности следует повышать и выбирать его величину с учетом параметров реального жгута.
Так, если в структуре жгута имеется большое количество мелких дефектов, то, чтобы сделать их малозаметными, величину КМ выбирают близкой к 3. При этом мозаичность структуры почти не видна, а дефекты, имеющие высокий контраст, заметны на равномерно ярком поле [37]. При этом разрешающая способность системы составляет до 90% разрешающей способности жгута, а коэффициент использования фактически переданного жгутом объема информации увеличивается до 81%.
Если волоконно-оптический жгут отличается высокой регулярностью, однородностью и плотностью укладки волокон и имеет малое количество дефектов, то коэффициент комфортности может быть увеличен до 4 ÷ 5.
Современные отечественные и зарубежные модели медицинских эндоскопов имеют КМ = 3 ÷ 5 [38], при этом в них используется 0,95 ÷ 0,98 разрешающей способности жгутов.
Если принять, что для нормального зрения на расстоянии наилучшего видения разрешающая способность глаза nг = 13,8 мм-1, а КМ = 3 ÷ 5, то из формулы (39) получится, что
 . |
В последнее соотношение следует разрешающую способность неподвижного волоконно-оптического жгута (nн) подставлять в лин/мм, а видимое увеличение окуляра (Г) получается в кратах. Для сравнения: в работе [37] экспериментально установлено, что видимое увеличение окуляра в эндоскопах зависит от разрешающей способности регулярного волоконно-оптического жгута и численно приблизительно равно половине ее абсолютного значения.
При значениях КМ = 6 ÷ 10 разрешающая способность системы составляет 0,98 ÷ 0,99, т.е. практически приближается к разрешающей способности жгута, но хорошо заметна мозаичная структура изображения: световедущие волокна, светоизолирующие прослойки между ними, нарушения однородности, регулярности, плотности и другие дефекты структуры и даже интерференционные картины на выходных торцах отдельных волокон, что приводит к дискомфорту восприятия изображения.
При снятии мозаичности структуры изображения, например, путем сканирования или спектрального разложения, разрешающая способность волоконно-оптического жгута повышается более, чем вдвое, и поэтому коэффициент комфортности может быть увеличен до 7 ÷ 30, что позволяет повысить более, чем в 6 раз, объем переданной информации по сравнению с мозаичным изображением.
Окуляр эндоскопа с волоконной оптикой работает аналогично лупе, предметом для которой служит выходная поверхность волоконно-оптического жгута. Расчет оптической схемы окуляра проводится с учетом апертуры жгута и кривизны его выходного торца. Обычно диаметр выходного зрачка принимается несколько большим, чем диаметр зрачка глаза наблюдателя, что облегчает позиционирование глаза относительно окуляра при наблюдении в эндоскоп. Для обеспечения возможности наблюдения в очках удаление выходного зрачка от последней поверхности окуляра должно быть не менее 15 ÷ 20 мм. Для увеличения заднего фокального отрезка окуляра может служить коллектив, расположенный у выходного торца жгута. Обычно окуляр эндоскопа состоит из двух двухлинзовых склеек, а коллектив – из двух одиночных линз. Окуляры эндоскопов обычно имеют диоптрийную подвижку в пределах ±5 дптр.
Для уменьшения угла поворота дистального конца эндоскопа при осмотре труднодоступных участков внутренних полостей применяют эндоскопы с боковым углом направления наблюдения, вводя в объектив эндоскопа 2 призму 1 (рисунок 69). При применении бокового обзора возникает задача устранения или компенсации зеркального изображения. Для этого в оптическую схему окулярной части эндоскопа вводится еще одна призма 3, которая может устанавливаться либо между жгутом и окуляром (рисунок 69а, б), либо непосредственно за окуляром (рисунок 69в). Очевидно, что призму АР-0° целесообразнее располагать в параллельных пучках лучей за окуляром, где ее влияние на качество изображение будет меньше.
Рисунок 69 – Схемы введения призмы для компенсации зеркальности изображения при боковом обзоре: а) призма АР-90°; б) призма Дове АР-60°; в) призма Дове АР-0°
