Оголошення результатів

Наша серія дистанційних корпусів "Guangheng", спеціально розроблена для-висококласних візуальних ендоскопів, успішно підвищила точність встановлення та вирівнювання оптичних компонентів до нанометрового масштабу. Завдяки двом основним технологіям, «обробці еталонної поверхні з нанометровою точністю» та «-допоміжній структурі оптичного вирівнювання на місці», цей продукт гарантує, що допуск відносного положення між датчиком камери, оптичним об’єктивом і вікном освітлення є стабільним у межах ±3 мікрометрів, усуваючи спотворення зображення, хроматичну аберацію та темні ділянки підсвічування через механічну першопричину. Цей продукт став незамінним основним компонентом для ендоскопів над-високої-роздільності 4K/8K, ендоскопів 3D-стереоскопічного бачення та ендоскопів флуоресцентного зображення.

Основні проблеми досліджень і розробок

Якість ендоскопічних зображень служить «очима» для діагностики та хірургічного втручання, і її головне вузьке місце часто полягає в оптичному вирівнюванні на дистальному кінці. У традиційному виробництві оболонки ключові опорні площини, такі як поверхня встановлення камери, поверхня кільця для лінз і вихідна поверхня світловолокна, обробляються різними процесами окремо, і сукупні помилки можуть легко призвести до відхилення оптичної осі, нахилу датчика або розфокусування лінзи об’єктива. Навіть невелике відхилення (наприклад, нахил датчика на 0,02 міліметра) після оптичного збільшення спричинить очевидне трапецієподібне спотворення зображення, розмиття країв або нерівномірне освітлення. Крім того, усадка клею та зняття напруги під час процесу складання призведуть до неконтрольованих помилок вирівнювання. У клінічних умовах такі проблеми, як «розм’якшення країв» зображень, «темні тіні в кутах» або «порушення вергенції» в 3D-зорі, спричинені поганим оптичним вирівнюванням, серйозно впливають на точність спостереження та роботи лікарів, а також є ключовими факторами, що впливають на відмінності в ефективності та досвіді використання ендоскопічних виробів.

Основні технологічні інновації

• Багаторазовий-еталонний процес формування-поверхні:Порушуючи традиційний покроковий-режим-обробки, ми розробили над-прецизійне рішення обробки «одноразове-затискання, повне формування елементів». У над-високоміцному 5-мікро-центрі обробки завдяки власно-розробленому алгоритму «компенсації похибки теплового зв’язку» всі основні поверхні оптичних тестів, порожнину лінзи, гніздо для оптичного волокна та канал можна безперервно обробляти одним затисканням. Це усуває помилку перетворення еталонного зразка, спричинену повторним затисканням, і зменшує паралельність, перпендикулярність і похибку позиціонування між кожною поверхнею оптичного еталонного зразка більш ніж на 80%, досягаючи виробничої концепції «проектного вирівнювання».
• Інтегрована конструкція-калібрувальної позначки та вимірювання на місці:У не-функціональній частині корпусу інноваційні мікро{1}}v-канавки, поперечні лінії або напівсферичні западини обробляються як-мітки калібрування на місці. Ці позначки можуть слугувати-високоточними еталонними тестами для системи машинного зору в подальшому процесі активного вирівнювання (AA) оптичних компонентів, значно підвищуючи ефективність і точність вирівнювання. Водночас спеціальна мікро{7}}площина вимірювання розроблена на оболонці, що дозволяє використовувати лазерні інтерферометри або конфокальні датчики для-вимірювання на місці під час складання,-моніторингу в реальному часі ключових розмірів, формування замкнутого циклу-тестування-виробничої{11}}складки.
• Обробка інтерфейсу з’єднання з низьким навантаженням і високою стабільністю:Для зони з’єднання оптичних компонентів розроблено спеціальну мікро-технологію обробки поверхні. Завдяки лазерному текстуруванню поверхні формується рівномірний розподіл мікро-матриць конусів на поверхні склеювання, що не тільки значно збільшує ефективну площу склеювання та механічну силу зчеплення, але також забезпечує стабільний потік і простір для затвердіння клею, зменшуючи напругу нахилу компонента, спричинену нерівномірною усадкою шару клею, на 70%. У поєднанні з медичним-епоксидним клеєм із низькою швидкістю усадки та високою теплопровідністю забезпечується довгострокова-позиційна стабільність оптичних компонентів під час змін температури від -40 градусів до 135 градусів і багаторазової стерилізації.

Механізм дії

Основною функцією корпусу серії Guangheng є створення «механічної системи координат із нульовим -дрейфом» для складних оптичних систем. Кожна функція, яка обслуговує оптичні компоненти всередині корпусу, пройшла суворий аналіз кінематичних обмежень та оптимізацію. Наприклад, монтажна поверхня датчика камери розроблена за допомогою структури «шести-позиціонування», яка забезпечує точну площинність і вертикальність, таким чином обмежуючи шість ступенів свободи руху та гарантуючи, що датчик не може зазнавати мікро-рухів після фіксації. Вхідний канал освітлювального волокна та вихідна торцева поверхня були точно контрольовані щодо концентричності та кута, гарантуючи, що випромінюваний світловий конус може рівномірно покривати поле зору камери та підтримувати заданий кут з оптичною віссю, уникаючи прямого відблиску від об’єктива. Для 3D-ендоскопів дві незалежні порожнини, які використовуються для встановлення лівого та правого модулів камери, мають відстань між оптичними осями, кут конвергенції та компланарність площин датчиків, які обробляються з суб-мікронною точністю. Це фізична основа для досягнення природного та не{10}}втомного стереоскопічного зору. Ці точні механічні зв’язки складають «невидимий скелет» високо{12}}якісного оптичного зображення.

Перевірка ефективності

Ендоскопічний модуль, оснащений корпусом «світлового балансу», надзвичайно добре працює на професійній оптичній тестовій платформі: у стандартному тесті на проекційну сітку коефіцієнт геометричних спотворень у повному полі зору становить менше 1,5% (найвищий галузевий стандарт, як правило,<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.

Стратегія досліджень і розвитку та філософія

Наша стратегія полягає в тому, щоб «визначити механічну точність на основі оптичних характеристик». Ми знаходимося в авангарді оптичного дизайну ендоскопів і налагодили глибоку співпрацю з провідними світовими компаніями оптичного дизайну та виробниками датчиків зображення. Ми не тільки розуміємо механічні креслення, але також маємо глибокі знання функцій оптичної модуляції, теорії аберацій та оптики освітлення. Наші вхідні дані для проектування — це не лише моделі CAD і діапазони допусків, але й криві функції передачі модуляції (MTF), діаграми відносної освітленості (RI) і сітки спотворень оптичної системи замовника. Ми перетворюємо ці оптичні індикатори продуктивності за допомогою аналізу чутливості в кількісно визначені та вимірювані вимоги до механічних допусків для кожної відповідної функції корпусу. Наша філософія така: ідеальне віддалене житло повинно дозволити без втрат представити ідеальний дизайн оптичних інженерів у реальному світі. Ми «реалізатори» оптичних мрій.

Перспективи на майбутнє

У майбутньому оптичне вирівнювання буде глибоко інтегровано з інтелектуальною компенсацією. Ми розробляємо «корпус для активного оптичного вирівнювання», який містить мікроп’єзоелектричні приводи. Перед виробництвом або під час використання він може виконувати нанометровий-точний-налаштування положення камери чи компонентів об’єктива на основі виявлених сигналів зображення, щоб компенсувати незначний дрейф, спричинений тривалим-використанням або екстремальним середовищем, досягаючи «довічної точності». У той же час ми досліджуємо та інтегруємо комп’ютерну візуалізацію, щоб розробити житлові конструкції, спеціально оптимізовані для нових технологій візуалізації, таких як «зображення без-лінзи» або «зображення світлового поля». Вимоги до механічної точності цих технологій можуть відрізнятися від традиційної оптики. Більше бачення полягає в тому, щоб брати участь у дослідженні та розробці «ендоскопів на рівні мікросхеми», які об’єднують датчики CMOS і мікрооптичні компоненти на рівні пластин. Наша роль полягатиме у виготовленні найкращої основи мікроструктури з рівнем-атомного{11}}рівня та теплового узгодження, яка несе цей «оптичний чіп», переводячи ендоскопи в епоху «систем-на--чіпі».