Jak wybrać soczewkę endoskopu do swojego zastosowania

Soczewka endoskopu ma trudne zadanie. Musi zmieścić się w wąskim instrumencie, a jednocześnie tworzyć obraz przydatny z niewielkiej odległości, często w przestrzeni o ograniczonym oświetleniu i rozmieszczeniu.

Wybór soczewki endoskopowej nie polega zatem po prostu na wyborze najmniejszej dostępnej średnicy lub najszerszego pola widzenia. Obiektyw rejestrujący szeroką scenę może pokazywać mniej szczegółów na obiekt. Projekt zoptymalizowany pod kątem określonej odległości roboczej może nie zapewniać akceptowalnej ostrości bliższego lub dalszego obiektu. Ograniczenia mechaniczne mogą również ograniczać konfiguracje optyczne dostępne dla projektanta.

Niezależnie od tego, czy chodzi o obrazowanie medyczne, inspekcję przemysłową czy inną formę wizualizacji wewnętrznej, najlepszym punktem wyjścia jest określenie, co kamera musi ujawniać i w jakich warunkach.

1. Zdefiniuj zadanie i cel inspekcji

Zacznij od opisania tego, co endoskop ma obserwować. Czy celem jest sprawdzenie powierzchni pod kątem zarysowań, zbadanie wgłębień, identyfikacja drobnych elementów lub przedstawienie ogólnego widoku przestrzeni wewnętrznej? Cel i zadanie określają, które cechy obrazu mają największe znaczenie.

W przypadku systemu kontroli defektów umiejętność rozróżnienia drobnych szczegółów może być ważniejsza niż uchwycenie jak najszerszej sceny. W przypadku nawigacji przez wnękę lub rurę przydatny może być szerszy zasięg. Niektóre aplikacje wymagają obu, co może wymagać kompromisów lub innej architektury aparatu.

Opisz także docelowy materiał i powierzchnię. Obiekty silnie odblaskowe, przezroczyste, ciemne lub teksturowane mogą zachowywać się inaczej w tym samym oświetleniu. Jeżeli endoskop będzie pracował w cieczy lub za okienkiem ochronnym, należy o tym wspomnieć wcześniej; ścieżka optyczna niekoniecznie jest równoważna zwykłej konfiguracji powietrznej.

Zdjęcia celu, szkic dostępnej przestrzeni oraz przykłady akceptowalnych i niedopuszczalnych obrazów są często bardziej pomocne niż sama krótka specyfikacja.

2. Pole widzenia: ile widzi obiektyw?

Pole widzenia (FOV) wskazuje kątowy zasięg sceny uchwyconej przez obiektyw. W zastosowaniach endoskopowych szerokie pole widzenia może pomóc użytkownikowi zobaczyć więcej otaczającego obszaru bez konieczności częstego poruszania instrumentem.

Jednak szerszy zasięg nie jest automatycznie lepszy. Gdy rozdzielczość czujnika pozostaje stała, większa scena może pozostawić mniej pikseli na małym obiekcie. Projekty bardzo szerokokątne mogą również powodować zniekształcenia, które mogą być akceptowalne dla orientacji wzrokowej, ale mniej odpowiednie, gdy należy dokładnie ocenić geometrię.

Określając FOV, wyjaśnij, czy wymaganie jest poziome, pionowe czy ukośne. Podaj format lub model czujnika, ponieważ ten sam obiektyw może zapewniać różne pokrycie przy różnych wymiarach czujnika. Jeśli cel musi mieścić się na obrazie w określonej odległości, podaj wymiary celu i odległość roboczą.

Prosty rysunek przedstawiający końcówkę soczewki, cel i wymaganą powierzchnię widoczną może pomóc projektantowi optyki w określeniu, czy proponowane pole widzenia jest odpowiednie.

3. Głębia ostrości i odległość robocza są ze sobą powiązane

Odległość robocza to odległość od obiektywu lub wyraźnie określonego punktu odniesienia do celu. Głębia ostrości (DOF) opisuje zakres odległości od obiektu, w którym obraz pozostaje akceptowalnie ostry w określonych warunkach.

Te dwa parametry należy omówić łącznie. Obiektyw zoptymalizowany pod kątem wąskiego zakresu odległości może zapewnić dużą szczegółowość w zamierzonym punkcie obserwacji, ale staje się mniej przydatny, gdy cel znajduje się bliżej lub dalej. Większa głębia ostrości może poprawić tolerancję na zmiany odległości, chociaż wynik zależy od konstrukcji optycznej, przysłony, rozdzielczości czujnika i kryteriów stosowanych do określenia akceptowalnej ostrości.

W przypadku endoskopu pomocne jest podanie nominalnej odległości roboczej, najbliższej oczekiwanej odległości docelowej i największej odległości, która musi pozostać możliwa do wykorzystania. Jeżeli przyrząd musi sprawdzać zarówno pobliską powierzchnię, jak i szerszą wnękę, powiedz to zamiast podawać tylko jedną preferowaną odległość.

Unikaj proszenia o „dużą głębię ostrości” bez opisu rzeczywistego zakresu działania. Liczbowy zakres odległości lub kilka reprezentatywnych pozycji docelowych ułatwia ocenę i testowanie wymagań.

4. Dlaczego nośnik optyczny ma znaczenie

Układ optyczny przeznaczony do użytku w powietrzu może zachowywać się inaczej, gdy jest używany w innym ośrodku, takim jak woda lub środowisko wypełnione cieczą. Współczynnik załamania otaczającego ośrodka zmienia sposób, w jaki światło załamuje się na interfejsach optycznych i może wpływać na ostrość, pozorne pole widzenia i inne cechy obrazu.

Jest to szczególnie ważne, gdy endoskop jest przeznaczony do inspekcji pod wodą lub do innych zastosowań, w których przednia powierzchnia optyczna styka się z ośrodkiem innym niż powietrze. Testowanie obiektywu w samym powietrzu może nie w pełni przewidzieć jego ostateczne zachowanie w zamierzonym środowisku.

Opisując zastosowanie należy określić czy obiektyw będzie pracował w powietrzu, wodzie czy za przezroczystą szybą ochronną. Podaj materiał okna i jego grubość, jeśli jest znana. Jeżeli system będzie zanurzony, należy określić odpowiednie odległości robocze i warunki, w jakich należy oceniać jakość obrazu.

Odpowiednia konfiguracja testu powinna odzwierciedlać ostateczną aplikację tak dokładnie, jak to możliwe. W przypadku specjalistycznych projektów zespół optyczny i klient powinni uzgodnić nośnik odniesienia, odległość od obiektu, procedurę ustawiania ostrości i kryteria akceptacji jakości obrazu przed zatwierdzeniem próbki.

5. Średnica i konstrukcja mechaniczna mogą ograniczać rozwiązanie optyczne

Soczewki endoskopowe często działają w warunkach wymagających ograniczeń dotyczących rozmiaru. Dostępna średnica zewnętrzna i długość całkowita wpływają na liczbę elementów optycznych, w których można umieścić obiektyw, sposób montażu obiektywu oraz jego współpracę z przetwornikiem obrazu i otaczającą obudową.

Mniejsza średnica nie jest odosobnionym celem. Należy go zrównoważyć pod kątem pola widzenia, jakości obrazu, głębi ostrości, oświetlenia i wykonalności produkcji. Projekt, który jest technicznie możliwy, może nadal wymagać kompromisów w zakresie wydajności, złożoności montażu lub kosztów.

Podaj maksymalną średnicę zewnętrzną, dostępną długość, lokalizację czujnika, interfejs montażowy i wszelkie ograniczenia dotyczące przedniej końcówki. Jeżeli endoskop zawiera włókna oświetleniowe lub diody LED, należy podać ich położenie i zarezerwowaną dla nich przestrzeń. Elementy te mogą wpływać na układ mechaniczny i światło docierające do celu.

Zwymiarowany rysunek jest idealny, ale wyraźny szkic może pomóc we wstępnej dyskusji na temat wykonalności. Określ, które wymiary są stałe, a które można dostosować, jeśli potrzebny jest kompromis optyczny.

6. Rozdzielczość, oświetlenie i kontrast obrazu

Obiektyw musi zapewniać wystarczającą ilość przydatnych szczegółów do zamierzonego zadania, ale czujnik i oświetlenie również wpływają na ostateczny obraz. Czujnik o wysokiej rozdzielczości nie jest w stanie skompensować niewystarczającego kontrastu optycznego, słabej ostrości, ruchu lub niewystarczającego oświetlenia.

Obrazowanie endoskopowe często wymaga ograniczonej przestrzeni na oświetlenie. Jasność może się różnić w zależności od sceny, a odblaskowe powierzchnie mogą tworzyć światła, które przesłaniają szczegóły. Dlatego też obiektyw, naświetlenie czujnika, geometrię oświetlenia i przetwarzanie obrazu należy oceniać całościowo.

Definiując jakość obrazu, opisz cechę, która musi zostać rozwiązana, odległość docelową i obszar obrazu, w którym wydajność ma największe znaczenie. Jeśli masz mierzalne wymagania, takie jak minimalny rozmiar funkcji lub zdefiniowany test jakości obrazu, udostępnij je. Jeśli nie, prześlij reprezentatywne obrazy i wyjaśnij, czego nie pokazuje obecny system.

Unikaj polegania wyłącznie na etykiecie megapikselowej. Przed zatwierdzeniem soczewki do produkcji niezbędna jest praktyczna ocena zamierzonego czujnika, oświetlenia i celu.

7. Co przygotować przed skontaktowaniem się z producentem soczewek

Produktywne zapytanie nie wymaga wypełnionej recepty optycznej. Do oceny wniosku potrzebne są wystarczające informacje.

Przygotuj następujące elementy, jeśli są dostępne:

Zastosowanie i typ docelowy

Model czujnika, aktywne wymiary lub arkusz danych

Wymagane pole widzenia w poziomie, pionie lub ukośne

Nominalny i dopuszczalny zakres odległości roboczej

Wymagana głębia ostrości lub minimalny rozmiar obiektu

Maksymalna średnica soczewki i dostępna długość

Medium robocze, okno ochronne i warunki środowiskowe

Rozmieszczenie oświetlenia i długość fali, jeśli ma to zastosowanie

Ilość prototypu, oczekiwana wielkość produkcji, koszt docelowy i harmonogram

Jeśli masz już moduł endoskopu, przykładowe obrazy lub odniesienie fizyczne mogą wyjaśnić, co należy zmienić. Zidentyfikuj obecne mocne strony i ograniczenia: być może obraz jest ostry tylko w jednej odległości, końcówka jest za duża lub pokrycie sceny jest niewystarczające.

Informacje te pomagają określić, czy istniejący obiektyw można dostosować lub czy należy rozważyć niestandardową konstrukcję optyczną.

Wniosek: zacznij od rzeczywistych warunków kontroli

Wybór soczewki endoskopowej to równowaga pomiędzy wydajnością optyczną a ograniczeniami fizycznymi. Pole widzenia, głębia ostrości, odległość robocza, otoczenie, charakterystyka czujnika, oświetlenie i wymiary mechaniczne powinny być określone łącznie.

Najbardziej użyteczna specyfikacja niekoniecznie jest najdłuższa. To ten, który opisuje rzeczywiste zadanie inspekcji na tyle jasno, aby inżynierowie mogli ocenić praktyczne rozwiązanie.

Optyka Boshiego, część Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., opracowuje i produkuje produkty optyczne do zastosowań w obrazowaniu, w tym niestandardową optykę do endoskopów. W przypadku nowego projektu udostępnij informacje o czujniku, obwiedni mechanicznej, zakresie odległości roboczej, scenie docelowej i przewidywanym medium operacyjnym.

Odwiedź naszespersonalizowana strona produktów aby dowiedzieć się więcej na temat niestandardowego rozwoju optyki, lub skontaktuj się z nami za pośrednictwemoficjalna strona internetowa(https://www.lensmanufacture.com/), aby omówić Twoje wymagania.