Objava rezultata

Naša "Guangheng" serija udaljenih kućišta posebno dizajniranih za vrhunske vizuelne endoskope{0}} uspješno je pomaknula instalaciju i preciznost poravnanja optičkih komponenti do nanometarske skale. Kroz dvije osnovne tehnologije, "nanometarsku preciznu obradu referentne površine" i "in-pomoćnu strukturu optičkog poravnanja", ovaj proizvod osigurava da je relativna tolerancija položaja između senzora kamere, optičkog sočiva i prozora za osvjetljenje stabilna unutar ±3 mikrometra, eliminirajući izobličenje slike, hromatske aberacije i tamne aberacije. Ovaj proizvod je postao nezamjenjiva osnovna komponenta za 4K/8K endoskope ultra-visoke-definicije, 3D stereoskopske endoskope i endoskope za fluorescentno snimanje.

Pozadinski izazovi istraživanja i razvoja

Kvaliteta endoskopskih snimaka služi kao "oči" za dijagnozu i operaciju, a njegovo usko grlo često leži u optičkom poravnanju na distalnom kraju. U tradicionalnoj proizvodnji školjke, ključne referentne ravnine kao što su površina za ugradnju kamere, površina prstena za pričvršćivanje objektiva i izlazna površina svjetlosnih vlakana obrađuju se različitim procesima odvojeno, a kumulativne greške mogu lako dovesti do odstupanja optičke ose, nagiba senzora ili defokusiranja objektiva. Čak i malo odstupanje (kao što je nagib senzora od 0,02 milimetara) će, nakon optičkog uvećanja, uzrokovati očito trapezoidno izobličenje slike, zamućenje rubova ili neravnomjerno osvjetljenje. Štaviše, skupljanje ljepila i oslobađanje naprezanja tokom procesa montaže dodatno će dovesti do nekontrolisanih grešaka u poravnanju. U kliničkim okruženjima, problemi kao što su "omekšavanje ivica" slika, "tamne senke na uglovima" ili "poremećaj vergencije" u 3D vidu uzrokovan lošim optičkim poravnanjem ozbiljno utiču na tačnost posmatranja i operacije lekara, a takođe su ključni faktori koji doprinose razlikama u performansama i iskustvu endoskopskih proizvoda.

Osnovna tehnološka inovacija

• Više-benchmark površina jedno-proces formiranja:Razbijajući tradicionalni način rada-po-korak, razvili smo ultra-precizno rješenje za obradu "jednokratnog-stezanja, punog oblikovanja karakteristika." Na ultra-visoke krutosti 5-osni mikro-centru, kroz samo-razvijeni algoritam "kompenzacije greške termičke sprege", sve ključne optičke referentne površine, šupljina cijevi sočiva, optičko vlakno, i obrađeni kanal mogu biti kontinuirano utičnica za klampu i kanal za obradu. Ovo eliminira grešku konverzije referentne vrijednosti uzrokovanu ponovljenim stezanjem i smanjuje paralelizam, okomitost i grešku položaja između svake optičke referentne površine za više od 80%, postižući proizvodni koncept "dizajnerskog poravnanja".
• In-in situ kalibracija i mjerna funkcija integrirani dizajn:U ne-funkcionalnom području školjke, inovativni žljebovi u obliku mikro-v-, poprečne linije ili hemisferične udubljenja se obrađuju kao-in situ kalibracijske oznake. Ove oznake mogu poslužiti kao referentne vrijednosti visoke{5}}preciznosti za sistem mašinskog vida u naknadnom procesu aktivnog poravnanja (AA) optičkih komponenti, značajno poboljšavajući efikasnost i preciznost poravnanja. U isto vrijeme, na kućištu je dizajnirana namjenska mikro{7}}mjerna ravan, koja omogućava korištenje laserskih interferometara ili konfokalnih senzora za-mjerenje na licu mjesta tokom montaže,-praćenje ključnih dimenzija u realnom vremenu, formiranje zatvorene petlje za testiranje{10}}montaže-proizvodnje.
• Tretman sučelja veze s niskim stresom i visokom stabilnošću:Za područje spajanja optičkih komponenti razvijena je posebna mikro-tehnologija obrade površine s teksturom. Laserskim teksturiranjem površine formira se pravilna distribucija mikro-konusnih nizova na površini vezivanja, što ne samo da značajno povećava efektivnu površinu vezivanja i mehaničku silu spajanja, već i obezbjeđuje stabilan protok i prostor za očvršćavanje za ljepilo, smanjujući naprezanje nagiba komponente uzrokovano neravnomjernim skupljanjem sloja ljepila za 70%. U kombinaciji sa medicinskim{5}}epoksidnim ljepilom sa niskom stopom skupljanja i visokom toplotnom provodljivošću, osigurava se dugoročna-stabilnost položaja optičkih komponenti pod temperaturnim ciklusom od -40 stepeni do 135 stepeni i ponovljena sterilizacija.

Mehanizam djelovanja

Osnovna funkcija kućišta serije "Guangheng" je da uspostavi "nulti{0}}mehanički koordinatni sistem" za složene optičke sisteme. Svaka karakteristika koja opslužuje optičke komponente unutar kućišta je podvrgnuta striktnoj analizi kinematičkih ograničenja i optimizaciji. Na primjer, montažna površina senzora kamere je dizajnirana sa strukturom "pozicioniranja u šest-tačaka" koja osigurava preciznu ravnost i vertikalnost, čime se ograničava šest stupnjeva slobode kretanja i osigurava da senzor ne može pretrpjeti mikro-pokrete nakon fiksiranja. Uvodni kanal svjetlosnog vlakna i izlazna krajnja strana su precizno kontrolirani za koncentričnost i ugao, osiguravajući da emitirani svjetlosni konus može jednoliko pokriti vidno polje kamere i održavati unaprijed postavljeni ugao s optičkom osom, izbjegavajući direktan odsjaj od sočiva. Za 3D endoskope, dvije nezavisne šupljine koje se koriste za ugradnju lijevog i desnog modula kamere imaju razmak optičke ose, ugao konvergencije i koplanarnost ravni senzora obrađene na sub-mikronsku preciznost. Ovo je fizička osnova za postizanje prirodnog i ne{10}}zamornog stereoskopskog vida. Ovi precizni mehanički odnosi čine "nevidljivi kostur" visoko-kvalitetne optičke slike.

Provjera efikasnosti

Endoskopski modul opremljen kućištem "light balance" radi izuzetno dobro na profesionalnoj platformi za optičko testiranje: u standardnom testu projekcije mreže, stopa geometrijske distorzije u punom vidnom polju je manja od 1,5% (najveći standard u industriji je obično<3%); in the uniformity lighting test, the illumination uniformity within the field of view is greater than 90%; in the modulation transfer function (MTF) test, at the Nyquist frequency, the ratio of MTF values at the center and the edge is greater than 0.8, demonstrating excellent off-axis imaging performance. In the thermal stability test, during the temperature change from 10°C to 50°C, the image center drift is less than 2 pixels. The customer's complete machine test report shows that after using this housing, the 4K endoscope's geometric correction parameters at the factory are almost not requiring personalized adjustment, significantly simplifying the production process and improving the yield rate. In clinical simulations, the doctors' depth perception score for the 3D images using this housing significantly improved.

Strategija istraživanja i razvoja i filozofija

Naša strategija je da "definišemo mehaničku tačnost na osnovu optičkih performansi." Mi smo na čelu optičkog dizajna endoskopa i uspostavili smo duboku saradnju sa vodećim svetskim kompanijama za optički dizajn i proizvođačima senzora slike. Ne samo da razumijemo mehaničke crteže, već imamo i temeljno znanje o funkcijama optičke modulacije, teoriji aberacije i optici osvjetljenja. Naši projektni ulazi nisu samo CAD modeli i opseg tolerancije, već i krive funkcije prijenosa modulacije (MTF), dijagrami relativnog osvjetljenja (RI) i mreže izobličenja optičkog sistema korisnika. Konvertujemo ove indikatore optičkih performansi kroz analizu osjetljivosti u mjerljive i mjerljive zahtjeve mehaničke tolerancije za svaku relevantnu karakteristiku kućišta. Naša filozofija je: savršeno udaljeno kućište treba da omogući da se savršeni dizajn optičkih inženjera predstavi bez gubitka u stvarnom svetu. Mi smo "realizatori" optičkih snova.

Budućnost

U budućnosti, optičko poravnanje će biti duboko integrisano sa inteligentnom kompenzacijom. Razvijamo "kućište za aktivno optičko poravnanje", koje integriše mikro piezoelektrične aktuatore unutra. Prije proizvodnje ili tokom upotrebe, može izvršiti nanometarsko-fino-podešavanje položaja kamere ili komponenti objektiva na osnovu detektovanih signala slike kako bi kompenzirao manji pomak uzrokovan dugotrajnom-upotrebom ili ekstremnim okruženjima, postižući "doživotnu preciznost". U isto vrijeme, istražujemo i integriramo se sa računarskim snimanjem kako bismo razvili stambene strukture posebno optimizirane za nove tehnologije snimanja kao što su "bez- snimanja sa sočiva" ili "slikanje svjetlosnog polja". Ove tehnologije mogu imati različite zahtjeve za mehaničkom preciznošću od tradicionalne optike. Veća vizija je učestvovanje u istraživanju i razvoju "endoskopa-na nivou" integrirajući CMOS senzore i mikro optičke komponente na nivou pločice. Naša uloga će biti da proizvedemo vrhunsku mikrostrukturnu bazu s ravnošću atomskog-nivoa i termičkim podudaranjem koja nosi ovaj "optički čip", uvodeći endoskope u eru "sistema-na-a-čipu.