Vyhlášení výsledků

Naše řada vzdálených krytů „Guangheng“ speciálně navržená pro špičkové{0}}vizuální endoskopy úspěšně posunula přesnost instalace a zarovnání optických komponent na nanometrové měřítko. Prostřednictvím dvou základních technologií, „nanometrického přesného referenčního povrchového zpracování“ a „pomocné struktury optického zarovnání in situ“, tento produkt zajišťuje, že relativní tolerance polohy mezi snímačem fotoaparátu, optickou čočkou a osvětlovacím okénkem je stabilní v rozmezí ±3 mikrometrů, čímž eliminuje zkreslení obrazu, chromatickou aberaci a tmavé oblasti osvětlení z mechanické příčiny. Tento produkt se stal nepostradatelnou základní součástí pro endoskopy s ultra-vysokým{8}}rozlišením 4K/8K, endoskopy pro 3D stereoskopické vidění a endoskopy s fluorescenčním zobrazováním.

Výzvy na pozadí výzkumu a vývoje

Kvalita endoskopických snímků slouží jako „oči“ pro diagnostiku a chirurgii a její hlavní problém často spočívá v optickém vyrovnání na distálním konci. Při tradiční výrobě skořepin jsou klíčové referenční roviny, jako je instalační povrch kamery, povrch přídržného kroužku čočky a povrch výstupu světelného vlákna, zpracovávány různými procesy samostatně a kumulativní chyby mohou snadno vést k odchylce optické osy, naklonění snímače nebo rozostření čočky objektivu. I malá odchylka (např. náklon snímače o 0,02 milimetru) způsobí po optickém zvětšení zjevné lichoběžníkové zkreslení obrazu, rozmazání hran nebo nerovnoměrné osvětlení. Navíc smrštění lepidel a uvolnění napětí během procesu montáže dále způsobí nekontrolovatelné chyby ve vyrovnání. V klinických podmínkách problémy jako „změkčení hran“ snímků, „tmavé stíny v rozích“ nebo „porucha vergence“ ve 3D vidění způsobená špatným optickým zarovnáním vážně ovlivňují přesnost pozorování lékařů a operací a jsou také klíčovými faktory přispívajícími k rozdílům ve výkonu a zkušenostech s endoskopickými produkty.

Základní technologická inovace

• Více-srovnávací povrchový jednorázový-proces formování:Prolomili jsme tradiční režim zpracování krok{0}}za{1}}krokem a vyvinuli jsme ultra-řešení přesného zpracování „jednorázového-upínání, plné tvarování“. Na pětiosém mikro-centru s ultra{5}}vysokou tuhostí-mikroprocesorem lze pomocí-vyvinutého algoritmu „kompenzace chyb tepelného spojení“ nepřetržitě zpracovávat všechny klíčové optické referenční povrchy, dutinu tubusu objektivu, patici optického vlákna a kanál jedním upnutím. To eliminuje chybu převodu benchmarku způsobenou opakovaným upínáním a snižuje chybu rovnoběžnosti, kolmosti a polohy mezi jednotlivými optickými referenčními povrchy o více než 80 %, čímž je dosaženo výrobní koncepce „zarovnání designu“.
• Integrovaný design kalibrační značky a funkce měření in situ:V ne-funkční oblasti pláště jsou inovativní drážky ve tvaru mikro-v{2}}, křížové čáry nebo polokulové prohlubně zpracovány jako in situ kalibrační značky. Tyto značky mohou sloužit jako vysoce přesná referenční kritéria pro systém strojového vidění v následném procesu aktivního seřizování (AA) optických komponent, což výrazně zlepšuje účinnost a přesnost seřizování. Současně je na plášti navržena speciální mikro-měřicí rovina, která umožňuje použití laserových interferometrů nebo konfokálních senzorů pro in{8}}měření během montáže, sledování klíčových rozměrů v reálném čase- a tvořící uzavřenou smyčku testování výroby-montáže-.
• Nízké namáhání a vysoká stabilita připojovacího rozhraní:Pro oblast lepení optických součástí byla vyvinuta speciální technologie mikro{0}}texturované povrchové úpravy. Prostřednictvím laserové texturování povrchu se na lepeném povrchu vytvoří pravidelná distribuce mikro-kuželových polí, která nejenže výrazně zvýší účinnou plochu spoje a mechanickou sílu vzájemného spojení, ale také zajistí stabilní tok a vytvrzovací prostor pro lepidlo, čímž se o 70 % sníží namáhání nakláněním součásti způsobené nerovnoměrným smrštěním vrstvy lepidla. V kombinaci s lékařským-epoxidovým lepidlem s nízkou mírou smrštění a vysokou tepelnou vodivostí je zajištěna dlouhodobá-polohová stabilita optických komponent při teplotním cyklování od -40 stupňů do 135 stupňů a opakované sterilizaci.

Mechanismus působení

Základní funkcí krytu řady „Guangheng“ je vytvoření „nulového-driftového mechanického souřadnicového systému“ pro složité optické systémy. Každý prvek sloužící optickým součástem v pouzdře prošel přísnou analýzou kinematických omezení a optimalizací. Například montážní plocha kamerového senzoru je navržena se strukturou „šesti-bodového polohování“, která zajišťuje přesnou rovinnost a svislost, čímž omezuje šest stupňů volnosti pohybu a zajišťuje, že senzor po upevnění nemůže podstoupit žádné mikro-pohyby. Zaváděcí kanál osvětlovacího vlákna a výstupní koncová plocha byly přesně řízeny z hlediska soustřednosti a úhlu, což zajišťuje, že kužel vyzařovaného světla může rovnoměrně pokrýt zorné pole kamery a udržovat přednastavený úhel s optickou osou, čímž se zabrání přímému oslnění objektivem. U 3D endoskopů mají dvě nezávislé dutiny používané pro instalaci levého a pravého kamerového modulu jejich rozteč optických os, úhel konvergence a koplanaritu rovin senzorů, to vše zpracováno na sub-mikrometrovou přesnost. To je fyzický základ pro dosažení přirozeného a{10}}neúnavného stereoskopického vidění. Tyto přesné mechanické vztahy tvoří „neviditelnou kostru“-kvalitního optického zobrazování.

Ověření účinnosti

Endoskopický modul vybavený krytem "light balance" funguje výjimečně dobře na profesionální optické testovací platformě: při standardním testu mřížkové projekce je míra geometrického zkreslení v celém zorném poli menší než 1,5 % (nejvyšší průmyslový standard je typicky<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.

Strategie výzkumu a vývoje a filozofie

Naší strategií je "definovat mechanickou přesnost na základě optického výkonu." Jsme v čele optického designu endoskopů a navázali jsme hlubokou spolupráci s předními světovými společnostmi zabývajícími se optickým designem a výrobci obrazových snímačů. Rozumíme nejen mechanickým výkresům, ale máme také důkladné znalosti funkcí optické modulace, teorie aberací a optiky osvětlení. Našimi konstrukčními vstupy jsou nejen CAD modely a toleranční pásma, ale také křivky modulační přenosové funkce (MTF), diagramy relativního osvětlení (RI) a deformační mřížky optického systému zákazníka. Tyto indikátory optického výkonu převádíme pomocí analýzy citlivosti na kvantifikovatelné a měřitelné požadavky na mechanickou toleranci pro každý relevantní prvek krytu. Naší filozofií je: dokonalé vzdálené pouzdro by mělo umožnit, aby dokonalý design optických inženýrů byl prezentován beze ztrát v reálném světě. Jsme „realizátory“ optických snů.

Výhled do budoucnosti

V budoucnu bude optické vyrovnání hluboce integrováno s inteligentní kompenzací. Vyvíjíme „aktivní pouzdro pro optické vyrovnání“, které uvnitř integruje mikro piezoelektrické aktuátory. Před výrobou nebo během používání může provádět jemné{2}}vyladění na nanometrové úrovni-komponenty kamery nebo objektivu na základě detekovaných obrazových signálů, aby kompenzoval menší posun způsobený-dlouhodobým používáním nebo extrémním prostředím a dosáhl tak „celoživotní přesnosti“. Současně zkoumáme a integrujeme výpočetní zobrazování, abychom vyvinuli struktury krytu speciálně optimalizované pro nové zobrazovací technologie, jako je „zobrazování bez čočky“ nebo „zobrazování světelného pole“. Tyto technologie mohou mít jiné požadavky na mechanickou přesnost než tradiční optika. Větší vizí je podílet se na výzkumu a vývoji „endoskopů na úrovni čipu{9}} integrujících snímače CMOS a mikrooptické komponenty na úrovni waferů. Naší úlohou bude vyrobit dokonalou mikrostrukturní základnu s rovinností na atomární{11}}úrovni a tepelným přizpůsobením, která přenese tento „optický čip“ a posouvá endoskopy do éry „systému{12}}na{13}}čipu{14}}.