Как выбрать линзу эндоскопа для вашего применения
Линза эндоскопа выполняет сложную работу. Он должен помещаться в узкий инструмент и при этом создавать изображение, полезное на небольшом расстоянии, часто в пространстве, где освещение и расположение жестко ограничены.
Таким образом, выбор линзы эндоскопа – это не просто вопрос выбора наименьшего доступного диаметра или самого широкого поля зрения. Объектив, снимающий широкую сцену, может показать меньше деталей на объект. Конструкция, оптимизированная для определенного рабочего расстояния, может не обеспечить приемлемую фокусировку более близкого или дальнего объекта. Механические ограничения также могут ограничивать оптические конфигурации, доступные разработчику.
Независимо от того, является ли приложение медицинской визуализацией, промышленным контролем или другой формой внутренней визуализации, лучшей отправной точкой является определение того, что должна показывать камера и при каких условиях.
1. Определите задачу и цель проверки.
Начните с описания того, что должен наблюдать эндоскоп. Целью является осмотр поверхности на наличие царапин, исследование полости, обнаружение небольшой детали или представление общего вида внутреннего пространства? Цель и задача определяют, какие характеристики изображения имеют наибольшее значение.
Для системы контроля дефектов способность различать мелкие детали может быть более важной, чем захват максимально широкой сцены. Для навигации по полости или трубе может оказаться полезным более широкий охват. Некоторым приложениям требуется и то, и другое, что может потребовать компромиссов или другой архитектуры камеры.
Также опишите целевой материал и поверхность. Объекты с высокой отражающей способностью, прозрачные, темные или текстурированные объекты могут вести себя по-разному при одном и том же освещении. Если эндоскоп будет работать в жидкости или под защитным окном, сообщите об этом заранее; оптический путь не обязательно эквивалентен обычной установке воздушного базирования.
Фотографии объекта, эскиз доступного пространства и примеры приемлемых и неприемлемых изображений зачастую более полезны, чем просто краткое описание.
2. Поле зрения: сколько видит объектив?
Поле зрения (FOV) указывает угловой размер сцены, захватываемой объективом. В эндоскопических приложениях широкий угол обзора может помочь пользователю видеть больше окружающей области, не перемещая при этом инструмент слишком сильно.
Однако более широкий охват не означает автоматически лучшее. Когда разрешение сенсора остается фиксированным, более крупная сцена может оставить меньше пикселей на небольшом объекте. Очень широкоугольные конструкции также могут вносить искажения, которые могут быть приемлемыми для визуальной ориентации, но менее подходят, когда необходимо точно оценить геометрию.
При указании поля обзора уточните, является ли требование горизонтальным, вертикальным или диагональным. Укажите формат или модель сенсора, поскольку один и тот же объектив может обеспечивать различное покрытие при разных размерах сенсора. Если цель должна поместиться в изображении на определенном расстоянии, укажите также размеры цели и рабочее расстояние.
Простой рисунок, показывающий кончик линзы, цель и требуемую видимую область, может помочь разработчику оптики определить, подходит ли предлагаемое поле зрения.
3. Глубина резкости и рабочее расстояние связаны.
Рабочее расстояние — это расстояние от объектива или четко заданного ориентира до цели. Глубина резкости (DOF) описывает диапазон расстояний до объекта, в котором изображение остается приемлемо резким при определенных условиях.
Эти два параметра следует обсуждать вместе. Линза, оптимизированная для узкого диапазона расстояний, может обеспечить высокую детализацию в намеченной точке осмотра, но становится менее полезной, когда цель приближается или удаляется. Большая глубина резкости может улучшить устойчивость к изменению расстояния, хотя результат зависит от оптической конструкции, диафрагмы, разрешения датчика и критериев, используемых для определения приемлемой резкости.
Для эндоскопа полезно указать номинальное рабочее расстояние, ближайшее ожидаемое целевое расстояние и самое дальнее расстояние, которое должно оставаться пригодным для использования. Если прибор должен исследовать как близлежащую поверхность, так и более широкую полость, скажите об этом, а не указывайте только одно предпочтительное расстояние.
Не запрашивайте «большую глубину резкости» без описания фактического рабочего диапазона. Числовой диапазон расстояний или несколько репрезентативных целевых положений облегчают оценку и тестирование требований.
4. Почему оптический носитель имеет значение
Оптическая система, предназначенная для использования на воздухе, может вести себя по-другому при использовании в другой среде, например воде или среде, наполненной жидкостью. Показатель преломления окружающей среды изменяет изгиб света на оптических границах и может влиять на фокус, видимое поле зрения и другие характеристики изображения.
Это особенно важно, когда эндоскоп предназначен для подводного осмотра или другого применения, где передняя оптическая поверхность контактирует со средой, отличной от воздуха. Испытание линзы только на воздухе не может полностью предсказать ее окончательное поведение в предполагаемой среде.
При описании применения укажите, будет ли объектив работать на воздухе, в воде или за прозрачным защитным окном. Если известно, укажите материал и толщину окна. Если система будет погружаться в воду, определите соответствующие рабочие расстояния и условия, при которых необходимо оценивать качество изображения.
Соответствующая испытательная установка должна максимально точно отражать конечное применение. В случае специализированных проектов группа оптических специалистов и заказчик должны согласовать эталонный носитель, расстояние до цели, процедуру фокусировки и критерии приемлемости качества изображения до утверждения образца.
5. Диаметр и механическая конструкция могут ограничивать оптическое решение.
Линзы эндоскопов часто работают в условиях жестких ограничений по размеру. Доступный внешний диаметр и общая длина влияют на то, сколько оптических элементов можно разместить, как собирается объектив и как он взаимодействует с датчиком изображения и окружающим корпусом.
Меньший диаметр не является изолированной целью. Оно должно быть сбалансировано с учетом поля зрения, качества изображения, глубины резкости, освещенности и возможности производства. Технически возможная конструкция может все же потребовать компромисса в производительности, сложности сборки или стоимости.
Укажите максимальный внешний диаметр, доступную длину, расположение датчика, интерфейс монтажа и любые ограничения на передний наконечник. Если эндоскоп оснащен осветительными волокнами или светодиодами, укажите их положение и отведенное для них место. Эти компоненты могут влиять на механическую компоновку и свет, достигающий цели.
Чертеж с размерами идеален, но четкий эскиз может помочь в первоначальном обсуждении технико-экономического обоснования. Определите, какие размеры фиксированы, а какие можно изменить, если необходим оптический компромисс.
6. Разрешение, освещенность и контрастность изображения.
Объектив должен обеспечивать достаточную детализацию для поставленной задачи, но сенсор и освещение также влияют на конечное изображение. Датчик высокого разрешения не может компенсировать недостаточный оптический контраст, плохую фокусировку, движение или недостаточное освещение.
Эндоскопическая визуализация часто предполагает ограниченное пространство для освещения. Яркость может различаться в зависимости от сцены, а отражающие поверхности могут создавать блики, затемняющие детали. Поэтому объектив, экспозицию сенсора, геометрию освещения и обработку изображения следует оценивать как единую систему.
При определении качества изображения опишите особенность, которую необходимо разрешить, целевое расстояние и область изображения, где производительность имеет наибольшее значение. Если у вас есть измеримые требования, например минимальный размер объекта или определенный тест качества изображения, поделитесь им. Если нет, предоставьте репрезентативные изображения и объясните, что текущая система не может показать.
Не полагайтесь только на метку мегапикселя. Практическая оценка предполагаемого датчика, освещения и мишени необходима перед одобрением объектива для производства.
7. Что подготовить перед обращением к производителю линз
Продуктивное исследование не требует заполненного оптического рецепта. Для оценки приложения требуется достаточно информации.
Подготовьте следующее, если таковое имеется:
Приложение и тип цели
Модель датчика, активные размеры или таблица данных.
Требуемый горизонтальный, вертикальный или диагональный угол обзора
Номинальный и допустимый диапазон рабочих расстояний
Требуемая глубина резкости или минимальный размер объекта
Максимальный диаметр линзы и доступная длина
Рабочая среда, защитное окно и условия окружающей среды
Схема освещения и длина волны, если необходимо.
Количество прототипа, ожидаемый объем производства, целевая стоимость и график.
Если у вас есть существующий модуль эндоскопа, образцы изображений или физический образец могут прояснить, что необходимо изменить. Определите текущие сильные стороны и ограничения: возможно, изображение резкое только на одном расстоянии, кончик слишком велик или охват сцены недостаточен.
Эта информация помогает определить, можно ли адаптировать существующий объектив или следует рассмотреть возможность индивидуальной оптической конструкции.
Вывод: начните с реальных условий проверки.
Выбор линз эндоскопа – это баланс между оптическими характеристиками и физическими ограничениями. Поле зрения, глубина резкости, рабочее расстояние, окружающая среда, характеристики датчика, освещенность и механические размеры должны определяться вместе.
Самая полезная спецификация не обязательно самая длинная. Именно он достаточно четко описывает реальную задачу проверки, чтобы инженеры могли оценить практическое решение.
Боши Оптика, часть Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., разрабатывает и производит оптические продукты для визуализации, включая оптику для эндоскопов по индивидуальному заказу. Для нового проекта поделитесь информацией о датчике, механической оболочке, диапазоне рабочих расстояний, целевой сцене и предполагаемой рабочей среде.
Посетите нашиндивидуальная страница продуктов чтобы узнать больше о разработке индивидуальных оптических систем, или свяжитесь с нами черезофициальный сайт(https://www.lensmanufacture.com/), чтобы обсудить ваши требования.
