醫(yī)療內窺鏡
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
醫(yī)療內窺鏡的實例教程
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(xù)的優(yōu)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(yī)用內窺鏡和工業(yè)內窺鏡。醫(yī)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(yī)學上有非常重要的作用。常見的醫(yī)用內窺鏡有胃鏡、腸鏡、宮腔鏡、神經內鏡等。工業(yè)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(yè)內視鏡、可繞式小直徑軟管內視鏡、影像工業(yè)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 </p><p>工業(yè)內窺鏡：<a href="https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/remote-visual-inspection/videoscope/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/remote-visual-inspection/videoscope/</a></p><p>產品鏈接：<a href="https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/rvi-products/iplex-one/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/rvi-products/iplex-one/</a></p><div contenteditable="false" width="100%">
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</div><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
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展開 <p><strong>引言</strong></p><p>火炮身管內壁的燒蝕、裂紋等疵病直接影響火炮使用安全性，Ф30~Ф85mm小口徑炮膛的檢測對設備的空間適配性、成像質量和三維測量能力提出嚴苛要求，而傳統內窺系統存在成像失真、適配性差、無法三維測量等痛點。Zemax作為全球領先的光學系統設計與仿真平臺，憑借建模、優(yōu)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(yè)內窺鏡研發(fā)的價值</strong><sup><strong>[1]</strong></sup><strong>。</strong></p><p><br></p><p><strong>小口徑炮膛檢測的光學設計挑戰(zhàn)</strong></p><p>小口徑炮膛的狹小空間，要求檢測內窺鏡具備<strong>小口徑、長工作距離、大景深</strong>的特性<sup>[2]</sup>，同時炮膛疵病的三維測量需求，對內窺鏡的雙目立體成像匹配性、多口徑工況適配性提出更高標準<sup>[3]</sup>。現有炮膛檢測內窺系統存在諸多短板：多子系統拼接成像成本高、錐形反射鏡方案易失真、非側視式設計無法探入小口徑炮膛、廣角鏡頭物距不足等，且難以在小口徑約束下兼顧大視場、長工作距離與高成像質量。</p><p>解決這些難題，需要設計一款側視式雙光路大景深內窺鏡光學系統，而核心難點在于多口徑參數匹配、雙光路視差控制、長距像質保持及加工裝調可行性驗證。Zemax憑借全流程光學設計與仿真能力，成為解決這些問題的關鍵支撐，實現從理論設計到工程落地的高效轉化。
展開 IPLEX GX/GT工業(yè)視頻內窺鏡通過多項技術創(chuàng)新，在這三方面實現了高度協同，成為應對復雜檢測任務的高效工具。
三維測量與建模
基于立體視覺原理，高端內窺鏡具備了精密測量能力。
* 超廣角立體測量：擴展了測量的視場角，使得在大空間內也能進行精準測量。
* 3D輔助建模：利用單光路輸入即可生成高保真3D模型（如3DAssist技術），突破了傳統雙目立體成像的硬件限制，為缺陷分析提供了直觀的三維數據支持。
行業(yè)應用與未來展望
目前，Wabtec旗下的原奧林巴斯工業(yè)內窺鏡解決方案已廣泛應用于航空航天、能源電力、汽車制造及石油化工等領域。從檢查渦輪發(fā)動機葉片的微裂紋，到探測風力發(fā)電機齒輪箱的磨損，這些設備始終守護著關鍵資產的安全。
隨著Wabtec數字智能戰(zhàn)略的推進，未來工業(yè)內窺鏡將進一步融合人工智能技術，具備更強的自動缺陷識別（ADR）能力，實現從單一光學工具向集成像、測量、分析于一體的智能檢測平臺的全面進化。
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在工業(yè)無損檢測（NDT）的宏大敘事中，視頻內窺鏡（Videoscope）不僅是物理視界的延伸，更是工業(yè)維護體系中的“神經末梢”，它突破了機械結構的物理壁壘，將檢測人員的視野精準投射至航空發(fā)動機的燃燒室、深埋地下的管道網絡以及精密鑄造件的微觀腔體中。
隨著Evident完成對Evident（原奧林巴斯科學事業(yè)部）檢測技術部門的收購，這一領域迎來了新的技術整合與飛躍，便攜式工業(yè)內窺鏡的進化史
<p><strong>引言</strong></p><p>火炮身管內壁的燒蝕、裂紋等疵病直接影響火炮使用安全性，Ф30~Ф85mm小口徑炮膛的檢測對設備的空間適配性、成像質量和三維測量能力提出嚴苛要求，而傳統內窺系統存在成像失真、適配性差、無法三維測量等痛點。Zemax作為全球領先的光學系統設計與仿真平臺，憑借建模、優(yōu)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
? 其他領域：醫(yī)療內窺鏡（聚合物光波導）、激光雷達、工業(yè)檢測、汽車 HUD，市場需求持續(xù)擴容。
盡管產業(yè)快速發(fā)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。
在工業(yè)無損檢測（NDT）的宏大版圖中，視頻內窺鏡（Videoscope）被譽為“工業(yè)之眼”。它突破了物理空間的桎梏，將檢測人員的視野延伸至發(fā)動機深處、復雜的管網迷宮以及精密鑄造件的微小腔體中。
隨著Wabtec（美國西屋制動）完成對Evident檢測技術部門的收購，原奧林巴斯（Olympus）科學解決方案事業(yè)部的工業(yè)內窺鏡技術正式納入Wabtec的數字智能業(yè)務版圖。這一戰(zhàn)略整合不僅延續(xù)了百年的光學技術積淀
5.3 生物醫(yī)療：內窺鏡與顯微成像的進化方向
在醫(yī)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(huán)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。
這一組合對自動駕駛去眩光與深度估計、醫(yī)療內窺鏡的立體成像具有關鍵價值。
路徑三：光譜 + 相位。 將高光譜成像與相位編碼景深擴展技術集成，實現材質識別與三維輪廓的同步獲取。這一組合在工業(yè)檢測（同時識別缺陷材質與三維位置）和醫(yī)療內窺鏡（同時識別病變組織與立體結構）中具有獨特優(yōu)勢。
三條路徑從TRL 3-4推進至TRL 6-7，工業(yè)級兩維融合傳感器率先落地，消費級應用開始探索。
Ansys | 什么是光電子學？1個月前
當今的一些主要光電組件包括：
光電二極管
激光二極管
發(fā)光二極管（LED）和micro-LED
光敏電阻
太陽能電池（光伏器件）
光纖電纜
光電晶體管
光電探測器
在這些行業(yè)中，光電器件廣泛應用于各種領域，包括：
攝像頭
醫(yī)療成像/醫(yī)療傳感器（內窺鏡等）
醫(yī)療診斷（心率監(jiān)測器等）
激光雷達和其他汽車傳感器
在航空發(fā)動機孔探測、醫(yī)用輸尿管檢查等精密領域，超細內窺鏡的“毫米級”突破直接決定了檢測精度與診療效果。然而，傳統超細內窺鏡長期受困于傳像纖維帶來的高成本、摩爾紋瑕疵等問題，成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。近日，長春理工大學向陽教授團隊發(fā)表于《應用光學》的研究成果——“超細內窺鏡光學系統設計”[1]，為這一問題提供了完美解決方案。值得關注的是，該方案從理論建模到性能驗證的全流程，均以Zemax光學設計軟件為核心工具
在復雜工業(yè)場景中，對狹小腔體或難以觸及區(qū)域實施高效、精準的目視檢測始終是一項技術難題。奧林巴斯推出的IPLEX TX II視頻內窺鏡，憑借超細探頭設計與先進成像系統，顯著提升了受限空間內的檢測效率與圖像質量。
工業(yè)內窺鏡：https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/remote-visual-inspection/videoscope/
<p>在空間受限且環(huán)境嚴苛的工業(yè)檢測場景中，設備往往面臨便攜性與成像性能難以兼顧的挑戰(zhàn)。IPLEX G Lite及其風電專用型號G Lite-W通過高度集成的設計，成功將高性能成像系統融入輕量化機身，為現場作業(yè)提供高效可靠的解決方案。</p><p>工業(yè)內窺鏡：<a href="https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/remote-visual-inspection
