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關注創建者:匿名 創建時間:2021-07-28

內窺鏡的實例教程
概述
本文分為內窺鏡系統簡介、主要結構、系統分析、性能提升和總結五個部分,介紹了內窺鏡系統的主要結構,并討論了如何在 OpticStudio 中根據內窺鏡物鏡系統的初始結構進行像差分析,以及如何對其進行后續的優化提升。(聯系我們獲取文章附件)
內窺鏡系統簡介
內窺鏡系統作為具有光學鏡頭、圖像傳感器、光源照明、機械裝置等多重組件的光學系統,一般來說可以分為醫用內窺鏡和工業內窺鏡。醫用內窺鏡可以經人體的天然孔道或手術切口進入人體內,觀察內部成像結果。利用內窺鏡可以看到 X 射線不能顯示的病變,因此它在醫學上有非常重要的作用。常見的醫用內窺鏡有胃鏡、腸鏡、宮腔鏡、神經內鏡等。工業內窺鏡則通常用在無損檢測和孔探技術方面,可分為硬管工業內視鏡、可繞式小直徑軟管內視鏡、影像工業內視鏡等,它們在汽修、安防、安檢等領域有著廣泛的應用。
內窺鏡主要結構
不同種類的內窺鏡會有一些功能和結構上的差別,下圖是一個常見的用于胃腸道檢測的軟管內窺鏡完整結構示意圖。它的主要結構包含了插入導管、目鏡/視頻轉換器、導光管等。其中,光學物鏡包含在插入導管的其中一個通道中。
而下圖則是一幅插入導管的內部結構圖,所示的為硬式導管(硬式導管和軟式導管的內部結構大體相似)。
我們可以看到,導管內的結構包含棒形透鏡 (Rod Lens)、隔圈 (Spacer)、物鏡組合件 (Objective Assembly),還有位于上部的光纖 (Light Fibers)。本文將討論的模型即位于內窺鏡導管末端的物鏡部分。
內窺鏡系統分析
首先需要說明的是,不同的成像系統所選用的分析評判標準可能有所不同,可選用 RMS光斑尺寸、系統波前差或者 MTF 作為成像質量的評判標準。
展開 自1853年世界上第一個內窺鏡發明以來,內窺鏡就及受關注并廣泛應用于工業探測和醫學檢測領域,醫用內窺鏡是通過人體自然腔道或微創手術切口進入人體,目前,醫學內窺鏡在診所中起著重要的作用,當醫學內窺鏡插入人體,醫生可以直接的觀察人體體腔和內臟器官的組織形態和病變的變化,利用醫學內窺鏡對疾病做出準確診斷 。
內窺鏡系統作為一個擁有多重組件的光學系統,其中在設計光學鏡頭時也需要根據不同的用途對其長度,視場角進行設計,不同成像系統所選用的分析評判標準也有所不同。
武漢墨光計劃在06月16日下午15:00開展《 SYNOPSYS 生醫光學解決方案——內窺鏡設計》,會議時長一個小時。給大家介紹不同領域的內窺鏡具體設計方法,以下是本次研討會的具體介紹:
會議大綱
1.內窺鏡系統介紹;
2.內窺鏡分類及應用史;
3.內窺鏡特點,相關參數;
4.光纖內窺鏡物鏡設計;
5.膠囊內窺鏡物鏡設計。
會議信息
主辦單位:武漢墨光科技有限公司
會議講師:武漢墨光科技資深光學工程師
會議時間:2023年06月16日(15:00-16:00)
報名方式
#騰訊會議:764-154-978
(名額有限,滿額請致工作人員咨詢)
咨詢電話:13396044940
展開 能源電力領域的工業視頻內窺鏡有哪些特點?
在能源電力領域,工業視頻內窺鏡具有以下顯著特點,使其成為該領域不可或缺的檢測工具:
1. 高品質成像
工業視頻內窺鏡配備了高分辨率的成像芯片和先進的照明系統,能夠提供清晰、鮮明的圖像,確保檢測人員可以精準識別設備內部的微小缺陷,如裂紋、腐蝕、積垢等。例如,IPLEX NX視頻內窺鏡采用激光照明系統,圖像亮度是傳統型號的4倍,能夠更好地適應復雜的檢測環境。
2. 強大的測量功能
許多工業視頻內窺鏡具備精確的測量功能,能夠對檢測到的缺陷進行量化分析。例如,IPLEX系列內窺鏡支持三維測量功能,可提供缺陷的詳細尺寸數據,幫助技術人員快速評估問題的嚴重性。
3. 便攜性與耐用性
能源電力領域的檢測環境往往復雜且惡劣,因此工業視頻內窺鏡通常采用一體化便攜設計,堅固耐用,能夠適應高溫、高壓、腐蝕性等惡劣條件。例如,手持式內窺鏡重量輕、體積小,便于攜帶和操作,且具備防水防塵功能。
4. 多功能集成
工業視頻內窺鏡不僅能夠實時觀察設備內部情況,還具備拍照、錄像、數據存儲和傳輸等多種功能。這些功能使得檢測過程更加高效,檢測結果可以方便地記錄和分析,便于后續的維護和故障診斷。
5. 適應復雜結構
能源電力設備內部結構復雜,工業視頻內窺鏡的探頭通常具有高度靈活性,能夠進入狹窄的管道和復雜的內部空間。例如,在燃氣輪機和汽輪機檢測中,內窺鏡可以輕松到達葉片、燃燒室等關鍵部位。
6. 降低維護成本
通過無損檢測的方式,工業視頻內窺鏡能夠在不拆卸設備的情況下完成檢測,顯著減少了設備停機時間和維護成本。此外,其高清成像和測量功能能夠幫助技術人員更準確地制定維修計劃,避免不必要的維修工作。
展開 今天就讓我們來了解,能帶著我們看到“
inside
”的內窺鏡吧!
內窺鏡物鏡系統初始結構的優化提升Ⅰ
概述
本文分為內窺鏡系統簡介、主要結構、系統分析、性能提升和總結五個部分,介紹了內窺鏡系統的主要結構,并討論了如何在 OpticStudio 中根據內窺鏡物鏡系統的初始結構進行像差分析,以及如何對其進行后續的優化提升。
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內窺鏡系統簡介
內窺鏡系統作為具有光學鏡頭、圖像傳感器、光源照明、機械裝置等多重組件的光學系統,一般來說可以分為醫用內窺鏡和工業內窺鏡。醫用內窺鏡可以經人體的天然孔道或手術切口進入人體內,觀察內部成像結果。利用內窺鏡可以看到 X 射線不能顯示的病變,因此它在醫學上有非常重要的作用。常見的醫用內窺鏡有胃鏡、腸鏡、宮腔鏡、神經內鏡等。工業內窺鏡則通常用在無損檢測和孔探技術方面,可分為硬管工業內視鏡、可繞式小直徑軟管內視鏡、影像工業內視鏡等,它們在汽修、安防、安檢等領域有著廣泛的應用。
內窺鏡主要結構
不同種類的內窺鏡會有一些功能和結構上的差別,下圖是一個常見的用于胃腸道檢測的軟管內窺鏡完整結構示意圖。
展開 內窺鏡特點:
1.工作距離:不同用途的內窺鏡產品,工作長度不相同,現有的以下內窺鏡:腹腔鏡的工作距離為330mm,喉鏡和鼻竇鏡的工作距離為175mm,耳內窺鏡的工作距離為105mm和50mm;
2.視場角:通常2.7mm-3mm內窺鏡的視場角在60°-80°之間,4mm內窺鏡視場角70°-100°之間,一些超廣角內窺鏡的視場可達100°-120°,但是畸變較大;
3.不同的成像系統所選用的分析評判標準有所不同,可選用 RMS 光斑大小,系統波前差或 MTF 作為成像質量的評判標準。
光纖內窺鏡工作原理:
典型的光纖內窺鏡主要由前置物鏡,光纖傳像束,目鏡/耦接鏡,探測器等組成。目標通過物鏡成像在光纖傳像束的前端面上,該端面上的圖像被離散分布的大量光纖采樣。可以獲得的物面信息傳輸到另一端面上。出射圖像通過目鏡或耦接鏡供人眼直接觀察或應用 CCD 接收。
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內窺鏡的最新內容
得益于這些優勢,超透鏡有望在許多應用中替代傳統折射透鏡,包括增強現實眼鏡中的投影系統,用于內窺鏡的纖薄緊湊型雙向成像/投影透鏡,以及手機和無人機中的成像攝像頭。
Ansys Lumerical FDTD軟件中的超透鏡仿真。元原子顯示為外凸的柱狀結構,其尺寸和位置各不相同
光子集成電路的光柵耦合器
另一個領域是共封裝光學,這是由光學元件和封裝基板上的硅組成的集成系統。
,與早期依賴光纖束物理傳輸圖像的傳統設備不同,當代的視頻內窺鏡在插入管(Insertion Tube)的極小末端集成了微型圖像傳感器(通常為CCD或CMOS)。
Zemax作為全球領先的光學系統設計與仿真平臺,憑借建模、優化、像質評價與公差分析的全流程能力,成為攻克炮膛檢測內窺鏡光學系統設計難題的核心工具。<strong>本文結合新近研究成果,解析Zemax在該內窺鏡光學系統設計中的全流程應用,展現其對高精度工業內窺鏡研發的價值</strong><sup><strong>[1]</strong></sup><strong>。
? 其他領域:醫療內窺鏡(聚合物光波導)、激光雷達、工業檢測、汽車 HUD,市場需求持續擴容。
盡管產業快速發展,仍存在四大技術瓶頸:
? 光效 - 視場 - 輕薄 “不可能三角”:提升視場角(>60°)則光效驟降,追求超薄則工藝難度飆升。
? 全彩化難題:光柵色散導致 RGB 三色光耦合效率不均,色偏、彩虹效應難以根除。
Wabtec原奧林巴斯:https://www.wabtecims.com.cn/
Wabtec原奧林巴斯工業內窺鏡解決方案:https://www.wabtecims.com.cn/zh/remote-visual-inspection/videoscope/
技術原理:光電轉換與數字成像
現代工業內窺鏡的核心在于“光電轉換”技術,這標志著其與傳統光纖內窺鏡的本質區別
5.3 生物醫療:內窺鏡與顯微成像的進化方向
在醫療領域,內窺鏡、手術顯微鏡、眼科診斷設備等都面臨著共同的痛點:工作距離不斷變化,操作者需要頻繁手動對焦;設備需要盡可能微型化以減少侵入性;環境光線條件不可控。這些痛點,恰好是波前編碼技術的天然用武之地。
威睛光學的無焦點技術可以將內窺鏡的清晰工作距離從傳統方案的幾毫米至幾厘米狹窄范圍,擴展到數厘米甚至十幾厘米的全焦段。
7.5 醫療內窺鏡
需求維度為強度加相位加光譜加偏振。相位通過相位編碼實現景深擴展,免除機械調焦機構;光譜輔助病變識別。當前傳統內窺鏡景深有限,相位景深擴展技術尚未大規模商業化。
7.6 消費級AR/VR
需求維度為強度加相位加光譜。SPAD dToF用于空間定位,光譜用于環境光自適應調節。
7.7 通用五維感知平臺
需求維度為全部五維。
Ansys | 什么是光電子學?1個月前
醫療成像/攝像頭
在醫療領域,光電器件已被應用于內窺鏡。光電子學正在使內窺鏡變得更小,這意味著隨著光電技術的不斷微型化,該技術的侵入性也越來越低。
除了傳統內窺鏡技術外,光電子學還有助于開發更先進的新方法。患者可以吞咽的藥丸攝像頭就是一個良好例證。藥丸攝像頭會在穿過胃腸系統時拍照,這個過程比傳統的內窺鏡檢查更舒適。
消費類電子
光電子學在許多消費類電子產品中都有應用。
同時這在高度敏感的系統中也很重要,例如內窺鏡檢查或使用干涉效應的系統(例如光學相干斷層掃描等)。
了解斜切光纖的幾何形狀
考慮具有 8 度斜切角度端面的光纖,假設光纖的折射率為 1.47,可通過將 n = 1.47 的模型玻璃分配給圖像表面的材料單元完成建模。
接下來,我們可以考慮這種 8 度斜切光纖的幾何形狀,以了解如何設置它。
光線追跡的最大應用領域是所有涉及鏡頭的實際應用,從常規攝像頭到手機攝像頭、抬頭顯示器、望遠鏡、AR/VR頭顯、前照燈、內窺鏡以及照明系統(醫療或建筑),不一而足。
在光學及光子設計中使用光線追跡
光線追跡可用于評估光學組件的性能并改進其設計,以滿足嚴格的規范要求。一些評估的參數包括組件對光的聚焦程度、光源傳輸到圖像(用于顯示器)中的能量、圖像顏色深度以及光學組件的對比度質量。