RU2153185C1 - Device ensuring increased depth of focus of optical instruments - Google Patents

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: device includes optical disc placed between lenses of objective rotated by motor on which plane-parallel plates of various needed thickness alternate with opaque fragments of disc completely shutting optical channel during rotation. Device makes it feasible to increase depth of focus of optical instruments due to provision for quick change of plane-parallel plates without usage of separate unit of shutter. EFFECT: simplified design and enhanced functional reliability of device. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике и может быть использовано в различных оптических приборах для повышения глубины резкости. Оптические устройства, применяемые в различных оптических приборах, в том числе и в хирургических микроскопах, имеют ограниченную глубину резкости. Это, как известно, в значительной мере затрудняет работу хирурга, так как требует постоянной доводки (настройки) на резкость, что особенно часто необходимо при больших кратностях увеличения. The invention relates to technology and can be used in various optical devices to increase the depth of field. Optical devices used in various optical instruments, including surgical microscopes, have a limited depth of field. This, as you know, greatly complicates the work of the surgeon, as it requires constant fine-tuning (tuning) for sharpness, which is especially often necessary with large magnifications.

Для того, чтобы в какой-то мере нивелировать этот существенный недостаток, в оптических конструкциях применяют широко известный классический прием диафрагмирования определенных линз. Однако этот прием приводит к значительным потерям света и не решает проблемы. Известно оптическое устройство для повышения глубины резкости (U.S. patent document 4448498 5/1984 Muller et al. 359/377), состоящее из окуляра, тубусной линзы, объектива, содержащего два оптических элемента, и механизма, обеспечивающего перемещение одного из оптических элементов объектива, управление которым осуществляет хирург. Устройство имитирует повышение глубины резкости в достаточно широких пределах. Эффект достигается без перемещения оптической головки микроскопа или его объектива в целом. In order to offset this significant drawback to some extent, the well-known classical method of diaphragming certain lenses is used in optical designs. However, this technique leads to significant loss of light and does not solve the problem. Known optical device for increasing the depth of field (US patent document 4448498 5/1984 Muller et al. 359/377), consisting of an eyepiece, a tube lens, a lens containing two optical elements, and a mechanism for moving one of the optical elements of the lens, control which is carried out by the surgeon. The device simulates an increase in the depth of field over a wide range. The effect is achieved without moving the optical head of the microscope or its lens as a whole.

Перемещение вдоль оптической оси одного из оптических элементов объектива обеспечивает имитацию легкости изменения глубины резкости в достаточно широких пределах (перемещение одной из линз объектива на 10 мм ближе к другой линзе вызывает изменение рабочего отрезка объектива с 250 до 400 мм). Moving along the optical axis of one of the optical elements of the lens simulates the ease of changing the depth of field over a fairly wide range (moving one of the lens lenses 10 mm closer to the other lens causes a change in the working segment of the lens from 250 to 400 mm).

Устройство в значительной мере облегчает работу хирурга, но требует постоянной подгонки на резкость наблюдаемого объекта. The device greatly facilitates the work of the surgeon, but requires constant adjustment to the sharpness of the observed object.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для обеспечения повышения глубины резкости оптических приборов (патент США N 5896223, G 02 B 21/06, 1999), принятый нами за прототип. The closest in technical essence to the claimed invention is a device for providing increased depth of field of optical devices (US patent N 5896223, G 02 B 21/06, 1999), adopted by us for the prototype.

Устройство содержит вращающийся оптический диск с плоскопараллельными пластинами и отверстиями светодиодного датчика, расположенный между линзами объектива и обтюратор со светодиодным датчиком, управляемый электронным блоком. The device contains a rotating optical disk with plane-parallel plates and holes of the LED sensor located between the lenses of the lens and a shutter with an LED sensor controlled by an electronic unit.

Повышенная глубина резкости оптического устройства достигается путем последовательного быстрого изменения рабочего отрезка объектива с помощью размещения плоскопараллельных пластин разной и необходимой толщины между линзами, образующими объектив устройства с обтюратором, перекрывающим оптический канал при смене плоскопараллельных пластин. The increased depth of field of the optical device is achieved by successively quickly changing the working segment of the lens by placing plane-parallel plates of different and necessary thicknesses between the lenses forming the lens of the device with a shutter that overlaps the optical channel when changing plane-parallel plates.

Известное устройство имеет следующие недостатки. The known device has the following disadvantages.

1. Частота смены плоскопараллельных оптических пластин ограничивается рабочей частотой действия механического обтюратора, что препятствует улучшению качества изображения, а использование обтюраторов, работающих на жидких кристаллах приводит к большим потерям света. 1. The frequency of change of plane-parallel optical plates is limited by the operating frequency of the mechanical shutter, which prevents the improvement of image quality, and the use of shutters operating on liquid crystals leads to large losses of light.

2. Использование механических обтюраторов создает характерный шум и требует увеличения габаритов прибора в целом. 2. The use of mechanical shutters creates a characteristic noise and requires an increase in the overall dimensions of the device.

3. Для управления любым из приведенных выше обтюраторов требуется специальная электронно-механическая система (светодиодный датчик, усилитель мощности и пр.), усложняющая устройство. 3. To control any of the above shutters, a special electronic-mechanical system (LED sensor, power amplifier, etc.) is required, which complicates the device.

Изобретение направлено на создание устройства для обеспечения повышенной глубины резкости оптических приборов, позволяющего улучшить качество изображения за счет обеспечения сколько угодно быстрой смены плоскопараллельных пластин без использования отдельного узла обтюратора, ограничивающего такую возможность, а также упростить конструкцию прибора. The invention is directed to creating a device for providing increased depth of field of optical devices, which allows to improve image quality by providing an arbitrarily fast change of plane-parallel plates without using a separate shutter assembly, limiting this possibility, and also to simplify the design of the device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для обеспечения повышения глубины резкости оптических приборов, включающем вращаемый оптический диск, находящийся между линзами объектива, на котором расположены плоскопараллельные пластины разной толщины, особенность заключается в том, что между плоскопараллельными пластинами выполнены непрозрачные фрагменты диска, полностью перекрывающие оптический канал при смене плоскопараллельных пластин. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for providing an increase in the depth of field of optical devices, including a rotatable optical disk located between the lenses of the lens on which plane-parallel plates of different thicknesses are located, the feature is that opaque are made between plane-parallel plates disk fragments that completely overlap the optical channel when changing plane-parallel plates.

В заявляемом устройстве функцию обтюратора выполняют непрозрачные фрагменты диска, на котором закреплены плоскопараллельные пластины. Благодаря этому оптический канал оказывается полностью закрытым при смене плоскопараллельных пластин без применения каких бы то ни было дополнительных устройств. In the inventive device, the obturator function is performed by opaque disk fragments on which plane-parallel plates are fixed. Due to this, the optical channel is completely closed when changing plane-parallel plates without the use of any additional devices.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема оптического диска, на фиг.2 - схематическое изображение микроскопа с установленным в нем заявляемым устройством. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a diagram of an optical disk, Fig.2 is a schematic representation of a microscope with the inventive device installed in it.

Заявляемое устройство для обеспечения повышения глубины резкости оптических приборов, содержит оптический диск 1, вращаемый двигателем 2, на котором плоскопараллельные пластины 3 различной и необходимой толщины чередуются с непрозрачными фрагментами 4 диска, полностью перекрывающими оптический канал 5 (показан пунктиром) во время вращения. The inventive device for providing an increase in the depth of field of optical instruments, comprises an optical disk 1 rotated by an engine 2, on which plane-parallel plates 3 of various and necessary thicknesses alternate with opaque disk fragments 4 that completely overlap the optical channel 5 (shown by a dotted line) during rotation.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При вращении оптического диска 1 двигателем 2 плоскопараллельные пластины 3 все увеличивающейся (или уменьшающейся) толщины, последовательно попадая в оптический канал 5 между двумя линзами объектива 6, изменяют его рабочее расстояние 7 (от 7₁ до 7₃ условно на схеме). При смене одной плоскопараллельной пластины на соседнюю оптический канал 5 полностью перекрывается непрозрачным фрагментом 4 оптического диска 1. Благодаря физиологическим свойствам глаза наблюдателя 8 в поле зрения последнего оказываются "в резкости" все точки объекта 7, находящиеся на плоскостях от 7₁ до 7₃. Детали микроскопа - окуляр 9, оборачивающая система 10, тубусная линза 11 и осветитель 12 выполнены по установленным техническим стандартам.The inventive device operates as follows. When the optical disk 1 is rotated by engine 2, plane-parallel plates 3 of ever increasing (or decreasing) thickness, successively falling into the optical channel 5 between two lenses of lens 6, change its working distance 7 (from 7 ₁ to 7 ₃ conditionally in the diagram). When one plane-parallel plate is replaced by an adjacent optical channel 5, it is completely blocked by an opaque fragment 4 of the optical disk 1. Owing to the physiological properties, the eyes of the observer 8 in the field of view of the latter are “sharpened” all the points of object 7 located on planes from 7 ₁ to 7 ₃ . The details of the microscope - the eyepiece 9, the wrapping system 10, the tube lens 11 and the illuminator 12 are made according to established technical standards.

Заявляемое устройство имеет следующие преимущества:
1. Улучшает качество изображения, так как частота смены плоскопараллельных оптических пластин, определяющих качество изображения, не ограничивается возможностями работы обтюратора, так как последний конструктивно составляет единое целое с оптическим диском, скорость вращения которого по существу может быть весьма высокой.The inventive device has the following advantages:
1. Improves the image quality, since the frequency of change of plane-parallel optical plates that determine the image quality is not limited by the shutter's operating capabilities, since the latter is structurally integral with the optical disk, the rotation speed of which can essentially be very high.

2. Исчезает характерный шум и уменьшаются габариты и стоимость прибора. 2. The characteristic noise disappears and the dimensions and cost of the device are reduced.

Claims (1)

Устройство для обеспечения повышения глубины резкости оптических приборов, включающее вращаемый оптический диск, находящийся между линзами объектива, на котором расположены плоскопараллельные пластины разной толщины, отличающееся тем, что между плоскопараллельными пластинами выполнены непрозрачные фрагменты диска, полностью перекрывающие оптический канал при смене плоскопараллельных пластин. A device for providing an increase in the depth of field of optical instruments, including a rotatable optical disk located between the lenses of the lens on which plane-parallel plates of different thicknesses are located, characterized in that opaque disk fragments are made between plane-parallel plates and completely overlap the optical channel when changing plane-parallel plates.

Images