Hoe u een endoscooplens voor uw toepassing kiest
Een endoscooplens heeft een lastige klus. Het moet in een smal instrument passen en tegelijkertijd een beeld produceren dat bruikbaar is op korte afstand, vaak in een ruimte waar verlichting en positionering strak beperkt zijn.
Het kiezen van een endoscooplens is dus niet simpelweg een kwestie van het selecteren van de kleinst beschikbare diameter of het breedste gezichtsveld. Een lens die een breed tafereel vastlegt, laat mogelijk minder details per object zien. Een ontwerp dat is geoptimaliseerd voor een bepaalde werkafstand houdt een object dat veel dichterbij of verder weg is, mogelijk niet in een acceptabele focus. Mechanische limieten kunnen ook de optische configuraties beperken die beschikbaar zijn voor de ontwerper.
Of de toepassing nu medische beeldvorming, industriële inspectie of een andere vorm van interne visualisatie betreft, het beste uitgangspunt is om te definiëren wat de camera moet onthullen en onder welke omstandigheden.
1. Definieer de inspectietaak en het doel
Begin met te beschrijven wat de endoscoop moet waarnemen. Is het doel om een oppervlak te inspecteren op krassen, een holte te onderzoeken, een klein kenmerk te identificeren of een algemeen beeld van een interne ruimte te geven? Het doel en de taak bepalen welke beeldkenmerken er het meest toe doen.
Voor een defectinspectiesysteem kan het vermogen om kleine details te onderscheiden belangrijker zijn dan het vastleggen van een zo breed mogelijk tafereel. Voor navigatie door een spouw of leiding kan een bredere dekking nuttig zijn. Sommige toepassingen hebben beide nodig, wat compromissen of een andere camera-architectuur kan vereisen.
Beschrijf ook het doelmateriaal en het oppervlak. Sterk reflecterende, transparante, donkere of gestructureerde objecten kunnen zich onder dezelfde verlichting anders gedragen. Als de endoscoop in een vloeistof of achter een beschermend venster zal werken, geef dit dan tijdig aan; het optische pad is niet noodzakelijkerwijs gelijkwaardig aan een gewone luchtgebaseerde opstelling.
Foto's van het doel, een schets van de beschikbare ruimte en voorbeelden van acceptabele versus onacceptabele afbeeldingen zijn vaak nuttiger dan alleen een korte specificatie.
2. Gezichtsveld: hoeveel kan de lens zien?
Gezichtsveld (FOV) geeft de hoekgrootte aan van de scène die door de lens wordt vastgelegd. Bij endoscooptoepassingen kan een breed gezichtsveld de gebruiker helpen meer van de omgeving te zien zonder het instrument zo veel te hoeven bewegen.
Een bredere dekking is echter niet automatisch beter. Wanneer de sensorresolutie onveranderd blijft, kan een grotere scène minder pixels achterlaten op een klein onderdeel. Ontwerpen met een zeer groothoek kunnen ook vervorming introduceren, wat acceptabel kan zijn voor visuele oriëntatie, maar minder geschikt is als de geometrie nauwkeurig moet worden beoordeeld.
Wanneer u het gezichtsveld opgeeft, moet u duidelijk maken of de vereiste horizontaal, verticaal of diagonaal is. Vermeld het sensorformaat of -model, omdat dezelfde lens een verschillende dekking kan produceren met verschillende sensorafmetingen. Als een doel op een bepaalde afstand binnen het beeld moet passen, geef dan ook de afmetingen van het doel en de werkafstand op.
Een eenvoudige tekening die de lenspunt, het doel en het vereiste zichtbare gebied laat zien, kan de optisch ontwerper helpen bepalen of het voorgestelde gezichtsveld geschikt is.
3. Scherptediepte en werkafstand zijn met elkaar verbonden
De werkafstand is de afstand vanaf de lens of een duidelijk gespecificeerd referentiepunt tot het doel. Scherptediepte (DOF) beschrijft het bereik van objectafstanden waarover het beeld onder gedefinieerde omstandigheden acceptabel scherp blijft.
Deze twee parameters moeten samen worden besproken. Een lens die is geoptimaliseerd voor een klein afstandsbereik kan sterke details opleveren op het beoogde inspectiepunt, maar wordt minder bruikbaar wanneer het doel dichterbij of verder weg beweegt. Een grotere scherptediepte kan de tolerantie voor afstandsvariaties verbeteren, hoewel het resultaat afhangt van het optische ontwerp, het diafragma, de sensorresolutie en de criteria die worden gebruikt om aanvaardbare scherpte te definiëren.
Voor een endoscoop is het nuttig om de nominale werkafstand, de dichtstbijzijnde verwachte doelafstand en de verste afstand die bruikbaar moet blijven op te geven. Als het instrument zowel een nabijgelegen oppervlak als een bredere holte moet inspecteren, zeg dat dan in plaats van slechts één voorkeursafstand op te geven.
Vraag niet om “grote DOF” zonder het werkelijke bereik te beschrijven. Een numeriek afstandsbereik of enkele representatieve doelposities maken de vereiste gemakkelijker te evalueren en te testen.
4. Waarom het optische medium ertoe doet
Een optisch systeem dat is ontworpen voor gebruik in de lucht kan zich anders gedragen bij gebruik in een ander medium, zoals water of een met vloeistof gevulde omgeving. De brekingsindex van het omringende medium verandert hoe licht buigt op optische grensvlakken en kan de focus, het schijnbare gezichtsveld en andere beeldkarakteristieken beïnvloeden.
Dit is vooral belangrijk wanneer een endoscoop bedoeld is voor onderwaterinspectie of een andere toepassing waarbij het optische oppervlak aan de voorkant in contact komt met een ander medium dan lucht. Het testen van een lens in de lucht alleen kan het uiteindelijke gedrag in de beoogde omgeving mogelijk niet volledig voorspellen.
Geef bij het beschrijven van de toepassing aan of de lens in de lucht, in het water of achter een transparant beschermend venster zal werken. Vermeld indien bekend het raammateriaal en de dikte ervan. Als het systeem wordt ondergedompeld, definieer dan de relevante werkafstanden en de omstandigheden waaronder de beeldkwaliteit moet worden beoordeeld.
De juiste testopstelling moet de uiteindelijke toepassing zo goed mogelijk weerspiegelen. Voor gespecialiseerde projecten moeten het optische team en de klant overeenstemming bereiken over het referentiemedium, de doelafstand, de focusprocedure en de acceptatiecriteria voor de beeldkwaliteit voordat het monster wordt goedgekeurd.
5. Diameter en mechanisch ontwerp kunnen de optische oplossing beperken
Endoscooplenzen werken vaak onder veeleisende afmetingen. De beschikbare buitendiameter en totale lengte zijn van invloed op het aantal optische elementen dat kan worden geplaatst, hoe de lens wordt gemonteerd en hoe deze communiceert met de beeldsensor en de omliggende behuizing.
Een kleinere diameter is geen geïsoleerd doel. Het moet worden afgewogen tegen het gezichtsveld, de beeldkwaliteit, de scherptediepte, de verlichting en de haalbaarheid van de productie. Een ontwerp dat technisch mogelijk is, kan nog steeds een afweging vereisen op het gebied van prestaties, complexiteit van de assemblage of kosten.
Geef de maximale buitendiameter, beschikbare lengte, sensorlocatie, montage-interface en eventuele beperkingen op de voorste punt op. Als de endoscoop verlichtingsvezels of LED's bevat, vermeld dan hun positie en de daarvoor gereserveerde ruimte. Deze componenten kunnen de mechanische lay-out en het licht dat het doel bereikt beïnvloeden.
Een maattekening is ideaal, maar een duidelijke schets kan een eerste haalbaarheidsgesprek ondersteunen. Identificeer welke afmetingen vast zijn en welke kunnen worden aangepast als er een optische afweging nodig is.
6. Resolutie, verlichting en beeldcontrast
De lens moet voldoende bruikbare details opleveren voor de beoogde taak, maar ook de sensor en verlichting hebben invloed op het uiteindelijke beeld. Een sensor met hoge resolutie kan onvoldoende optisch contrast, slechte focus, beweging of onvoldoende verlichting compenseren.
Bij endoscoopbeeldvorming is er vaak sprake van beperkte ruimte voor verlichting. De helderheid kan per scène variëren en reflecterende oppervlakken kunnen highlights creëren die details verdoezelen. De lens, sensorbelichting, verlichtingsgeometrie en beeldverwerking moeten daarom als één systeem worden geëvalueerd.
Wanneer u de beeldkwaliteit definieert, beschrijf dan het kenmerk dat moet worden opgelost, de doelafstand en het gebied van het beeld waar de prestaties het belangrijkst zijn. Als u een meetbare vereiste heeft, zoals een minimale featuregrootte of een gedefinieerde beeldkwaliteitstest, deel deze dan. Zo niet, zorg dan voor representatieve afbeeldingen en leg uit wat het huidige systeem niet laat zien.
Vertrouw niet alleen op een megapixellabel. Praktische evaluatie met de beoogde sensor, verlichting en doel is essentieel voordat een lens wordt goedgekeurd voor productie.
7. Wat u moet voorbereiden voordat u contact opneemt met een lensfabrikant
Voor een productief onderzoek is geen ingevuld optisch voorschrift vereist. Er zijn wel voldoende gegevens nodig om de aanvraag te kunnen beoordelen.
Bereid het volgende voor, indien beschikbaar:
Toepassings- en doeltype
Sensormodel, actieve afmetingen of gegevensblad
Vereist horizontaal, verticaal of diagonaal gezichtsveld
Nominale en toegestane werkafstand
Vereiste scherptediepte of minimale objectgrootte
Maximale lensdiameter en beschikbare lengte
Bedrijfsmedium, beschermvenster en omgevingsomstandigheden
Verlichtingsopstelling en golflengte, indien relevant
Prototypehoeveelheid, verwacht productievolume, doelkosten en planning
Als u een bestaande endoscoopmodule heeft, kunnen voorbeeldafbeeldingen of een fysieke referentie duidelijk maken wat er moet veranderen. Identificeer de huidige sterke punten en beperkingen: misschien is het beeld slechts op één afstand scherp, is de punt te groot of is de scènedekking onvoldoende.
Deze informatie helpt bepalen of een bestaande lens kan worden aangepast of dat een op maat gemaakt optisch ontwerp moet worden overwogen.
Conclusie: begin met de echte inspectievoorwaarden
De selectie van endoscooplenzen is een balans tussen optische prestaties en fysieke beperkingen. Gezichtsveld, scherptediepte, werkafstand, omringend medium, sensorkarakteristieken, verlichting en mechanische afmetingen moeten samen worden gedefinieerd.
De meest bruikbare specificatie is niet noodzakelijkerwijs de langste. Het is degene die de echte inspectietaak duidelijk genoeg beschrijft zodat ingenieurs een praktische oplossing kunnen evalueren.
Boshi-optica, onderdeel van Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., ontwikkelt en produceert optische producten voor beeldvormingstoepassingen, waaronder op maat gemaakte endoscoopgerelateerde optica. Deel voor een nieuw project de sensorinformatie, het mechanische bereik, het werkafstandsbereik, de doelscène en het beoogde bedieningsmedium.
Bezoek onzeaangepaste productenpagina voor meer informatie over de ontwikkeling van optica op maat, of neem contact met ons op via deofficiële website(https://www.lensmanufacture.com/) om uw wensen te bespreken.
