Hur man väljer en endoskoplins för din applikation

En endoskoplins har ett svårt jobb. Det måste passa in i ett smalt instrument samtidigt som det producerar en bild som är användbar på kort avstånd, ofta i ett utrymme där belysning och positionering är hårt begränsade.

Att välja en endoskoplins är därför inte bara en fråga om att välja den minsta tillgängliga diametern eller det bredaste synfältet. Ett objektiv som fångar en bred scen kan visa mindre detaljer per objekt. En design som är optimerad för ett visst arbetsavstånd kanske inte håller ett mycket närmare eller längre objekt i acceptabelt fokus. Mekaniska begränsningar kan också begränsa de optiska konfigurationer som är tillgängliga för designern.

Oavsett om applikationen är medicinsk bildbehandling, industriell inspektion eller annan form av intern visualisering är den bästa utgångspunkten att definiera vad kameran ska avslöja och under vilka förhållanden.

1. Definiera inspektionsuppgiften och målet

Börja med att beskriva vad endoskopet behöver observera. Är målet att inspektera en yta för repor, undersöka en hålighet, identifiera en liten egenskap eller ge en allmän bild av ett inre utrymme? Målet och uppgiften avgör vilka bildegenskaper som betyder mest.

För ett defektinspektionssystem kan förmågan att urskilja små detaljer vara viktigare än att fånga en så bred scen som möjligt. För navigering genom ett hålrum eller rör kan bredare täckning vara användbar. Vissa applikationer behöver båda, vilket kan kräva kompromisser eller en annan kameraarkitektur.

Beskriv också målmaterialet och ytan. Mycket reflekterande, transparenta, mörka eller strukturerade föremål kan bete sig annorlunda under samma belysning. Om endoskopet kommer att fungera i en vätska eller bakom ett skyddsfönster, nämn det tidigt; den optiska vägen är inte nödvändigtvis likvärdig med en vanlig luftbaserad installation.

Foton av målet, en skiss av det tillgängliga utrymmet och exempel på acceptabla respektive oacceptabla bilder är ofta mer användbara än enbart en kort specifikation.

2. Synfält: hur mycket kan linsen se?

Synfält (FOV) indikerar vinkelomfattningen av scenen som fångas av linsen. I endoskopapplikationer kan en bred FOV hjälpa användaren att se mer av det omgivande området utan att flytta instrumentet så mycket.

Men bredare täckning är inte automatiskt bättre. När sensorupplösningen förblir fixerad kan en större scen lämna färre pixlar över en liten funktion. Mycket vidvinkeldesigner kan också introducera distorsion, vilket kan vara acceptabelt för visuell orientering men mindre lämpligt när geometrin måste bedömas korrekt.

När du anger FOV ska du klargöra om kravet är horisontellt, vertikalt eller diagonalt. Ange sensorformat eller modell, eftersom samma lins kan ge olika täckning med olika sensordimensioner. Om ett mål måste passa in i bilden på ett definierat avstånd, ange även målmått och arbetsavstånd.

En enkel ritning som visar linspetsen, målet och det nödvändiga synliga området kan hjälpa den optiska designern att avgöra om det föreslagna synfältet är lämpligt.

3. Skärpedjup och arbetsavstånd är sammankopplade

Arbetsavstånd är avståndet från linsen eller en tydligt angiven referenspunkt till målet. Skärpedjup (DOF) beskriver området av objektavstånd över vilka bilden förblir acceptabelt skarp under definierade förhållanden.

Dessa två parametrar bör diskuteras tillsammans. En lins optimerad för ett smalt avstånd kan ge starka detaljer vid den avsedda inspektionspunkten men bli mindre användbar när målet rör sig närmare eller längre bort. Ett större skärpedjup kan förbättra toleransen för avståndsvariationer, även om resultatet beror på optisk design, bländare, sensorupplösning och de kriterier som används för att definiera acceptabel skärpa.

För ett endoskop är det bra att ange det nominella arbetsavståndet, det närmaste förväntade målavståndet och det längsta avståndet som måste förbli användbart. Om instrumentet måste inspektera både en närliggande yta och en bredare hålighet, säg det istället för att ge bara ett föredraget avstånd.

Undvik att be om "stor DOF" utan att beskriva det faktiska driftsområdet. Ett numeriskt avstånd eller några representativa målpositioner gör kravet lättare att utvärdera och testa.

4. Varför det optiska mediet är viktigt

Ett optiskt system utformat för användning i luft kan bete sig annorlunda när det används i ett annat medium, såsom vatten eller en vätskefylld miljö. Brytningsindexet för det omgivande mediet ändrar hur ljuset böjs vid optiska gränssnitt och kan påverka fokus, synfält och andra bildegenskaper.

Detta är särskilt viktigt när ett endoskop är avsett för undervattensinspektion eller annan applikation där den främre optiska ytan kommer i kontakt med ett medium som skiljer sig från luft. Att testa en lins i enbart luft kanske inte helt förutsäger dess slutliga beteende i den avsedda miljön.

När du beskriver applikationen, ange om linsen ska fungera i luft, vatten eller bakom ett genomskinligt skyddsfönster. Inkludera fönstermaterial och tjocklek om känt. Om systemet kommer att vara nedsänkt, definiera relevanta arbetsavstånd och villkoren under vilka bildkvaliteten måste bedömas.

Lämplig testuppställning bör återspegla den slutliga applikationen så nära som möjligt. För specialiserade projekt bör det optiska teamet och kunden komma överens om referensmedium, målavstånd, fokusprocedur och acceptanskriterier för bildkvalitet innan provet godkänns.

5. Diameter och mekanisk design kan begränsa den optiska lösningen

Endoskoplinser fungerar ofta under krävande storleksbegränsningar. Den tillgängliga ytterdiametern och totala längden påverkar hur många optiska element som kan rymmas, hur linsen är sammansatt och hur den samverkar med bildsensorn och det omgivande huset.

En mindre diameter är inte ett isolerat mål. Det måste balanseras mot synfält, bildkvalitet, skärpedjup, belysning och tillverkningsmöjlighet. En design som är tekniskt möjlig kan fortfarande kräva avvägningar i prestanda, monteringskomplexitet eller kostnad.

Ange maximal ytterdiameter, tillgänglig längd, sensorplacering, monteringsgränssnitt och eventuella begränsningar på frontspetsen. Om endoskopet innehåller belysningsfibrer eller lysdioder, inkludera deras position och det utrymme som är reserverat för dem. Dessa komponenter kan påverka den mekaniska layouten och ljuset som når målet.

En dimensionerad ritning är idealisk, men en tydlig skiss kan stödja en inledande genomförbarhetsdiskussion. Identifiera vilka dimensioner som är fasta och vilka som skulle kunna justeras om en optisk avvägning behövs.

6. Upplösning, belysning och bildkontrast

Linsen måste leverera tillräckligt med användbar detalj för den avsedda uppgiften, men sensorn och belysningen påverkar också den slutliga bilden. En högupplöst sensor kan inte kompensera för otillräcklig optisk kontrast, dålig fokus, rörelse eller otillräcklig belysning.

Endoskopavbildning innebär ofta begränsat utrymme för belysning. Ljusstyrkan kan variera över scenen, och reflekterande ytor kan skapa höjdpunkter som döljer detaljer. Linsen, sensorexponeringen, belysningsgeometrin och bildbehandlingen bör därför utvärderas som ett system.

När du definierar bildkvalitet, beskriv funktionen som måste lösas, målavståndet och det område av bilden där prestanda är viktigast. Om du har ett mätbart krav, till exempel en minimistorlek eller ett definierat bildkvalitetstest, dela det. Om inte, tillhandahåll representativa bilder och förklara vad det nuvarande systemet inte visar.

Undvik att bara lita på en megapixeletikett. Praktisk utvärdering med den avsedda sensorn, belysningen och målet är viktigt innan man godkänner en lins för produktion.

7. Vad du ska förbereda innan du kontaktar en linstillverkare

En produktiv förfrågan kräver inte ett ifyllt optiskt recept. Det kräver tillräckligt med information för att bedöma ansökan.

Förbered följande där det finns:

Ansökan och måltyp

Sensormodell, aktiva dimensioner eller datablad

Krävs horisontell, vertikal eller diagonal FOV

Nominellt och tillåtet arbetsavståndsområde

Obligatoriskt skärpedjup eller minsta funktionsstorlek

Maximal linsdiameter och tillgänglig längd

Driftmedium, skyddsfönster och miljöförhållanden

Belysningsarrangemang och våglängd, om relevant

Prototypkvantitet, förväntad produktionsvolym, målkostnad och tidsplan

Om du har en befintlig endoskopmodul kan exempelbilder eller en fysisk referens förtydliga vad som behöver ändras. Identifiera de nuvarande styrkorna och begränsningarna: bilden kanske bara är skarp på ett avstånd, spetsen är för stor eller scenens täckning är otillräcklig.

Denna information hjälper till att avgöra om en befintlig lins kan anpassas eller om en anpassad optisk design bör övervägas.

Slutsats: börja med de verkliga inspektionsförhållandena

Val av endoskoplins är en balans mellan optisk prestanda och fysiska begränsningar. Synfält, skärpedjup, arbetsavstånd, omgivande medium, sensoregenskaper, belysning och mekaniska dimensioner bör definieras tillsammans.

Den mest användbara specifikationen är inte nödvändigtvis den längsta. Det är den som beskriver den verkliga inspektionsuppgiften tillräckligt tydligt för att ingenjörer ska kunna utvärdera en praktisk lösning.

Boshi Optik, en del av Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., utvecklar och tillverkar optiska produkter för bildbehandlingstillämpningar, inklusive skräddarsydd endoskoprelaterad optik. För ett nytt projekt, dela sensorinformation, mekaniskt hölje, arbetsavstånd, målscen och avsett driftsmedium.

Besök våranpassad produktsida för att lära dig mer om skräddarsydd optisk utveckling, eller kontakta oss viaofficiella webbplats(https://www.lensmanufacture.com/) för att diskutera dina krav.