Annonce des résultats

Notre série "Guangheng" de boîtiers déportés spécialement conçus pour les endoscopes visuels haut de gamme a réussi à pousser la précision d'installation et d'alignement des composants optiques à l'échelle nanométrique. Grâce à deux technologies de base, le « traitement de surface de référence de précision nanométrique » et la « structure auxiliaire d'alignement optique in situ », ce produit garantit que la tolérance de position relative entre le capteur de la caméra, la lentille optique et la fenêtre d'éclairage est stable à ± 3 micromètres, éliminant ainsi la distorsion de l'image, l'aberration chromatique et les zones sombres d'éclairage de la cause mécanique. Ce produit est devenu un composant essentiel indispensable pour les endoscopes 4K/8K ultra-haute-définition, les endoscopes à vision stéréoscopique 3D et les endoscopes à imagerie par fluorescence.

Défis de base en matière de recherche et de développement

La qualité des images endoscopiques sert d'« yeux » pour le diagnostic et la chirurgie, et son principal goulot d'étranglement réside souvent dans l'alignement optique à l'extrémité distale. Dans la fabrication traditionnelle des coques, les plans de référence clés tels que la surface d'installation de la caméra, la surface de la bague de retenue de l'objectif et la surface de sortie de la fibre lumineuse sont traités séparément par différents processus, et les erreurs cumulatives peuvent facilement conduire à une déviation de l'axe optique, à une inclinaison du capteur ou à une défocalisation de l'objectif. Même un petit écart (comme une inclinaison du capteur de 0,02 millimètre) entraînera, après un grossissement optique, une distorsion trapézoïdale évidente de l'image, un flou des bords ou un éclairage inégal. De plus, le retrait des adhésifs et la libération des contraintes pendant le processus d’assemblage introduiront en outre des erreurs d’alignement incontrôlables. En milieu clinique, des problèmes tels que « l'adoucissement des bords » des images, les « ombres sombres dans les coins » ou le « trouble de convergence » dans la vision 3D provoqués par un mauvais alignement optique affectent sérieusement la précision de l'observation et du fonctionnement des médecins, et sont également les facteurs clés contribuant aux différences de performances et d'expérience des produits endoscopiques.

Innovation technologique de base

• Processus de formage unique-de surfaces multi-de référence :Rompant avec le mode de traitement traditionnel-étape par-étape, nous avons développé une solution de traitement d'ultra-précision de "serrage unique-, formation complète des fonctionnalités". Sur le centre de traitement micro-axes 5-à très haute rigidité, grâce à l'algorithme de "compensation d'erreur de couplage thermique-thermique" auto-développé, toutes les surfaces de référence optiques clés, la cavité du barillet d'objectif, la douille de fibre optique et le canal peuvent être traités en continu en un seul serrage. Cela élimine l'erreur de conversion de référence causée par un serrage répété et réduit de plus de 80 % le parallélisme, la perpendiculaire et l'erreur de position entre chaque surface de référence optique, réalisant ainsi le concept de fabrication « d'alignement de conception ».
• Conception intégrée de la marque d'étalonnage et des fonctionnalités de mesure in - :Dans la zone non-fonctionnelle de la coque, des rainures innovantes en forme de micro-v-, des lignes transversales ou des dépressions hémisphériques sont traitées comme des-marques d'étalonnage in situ. Ces marques peuvent servir de références de référence de haute-précision pour le système de vision industrielle dans le processus d'alignement actif (AA) ultérieur des composants optiques, améliorant considérablement l'efficacité et la précision de l'alignement. Dans le même temps, un plan de micro-mesure dédié est conçu sur la coque, permettant d'utiliser des interféromètres laser ou des capteurs confocaux pour des-mesures in situ pendant l'assemblage, une surveillance-en temps réel des dimensions clés, formant un-assemblage-testant en boucle fermée.
• Traitement de l'interface de connexion à faible contrainte et haute stabilité :Pour la zone de liaison des composants optiques, une technologie spéciale de traitement de surface micro-texturée a été développée. Grâce à la texturation de surface au laser, une distribution régulière de réseaux de micro-cônes est formée sur la surface de liaison, ce qui non seulement augmente considérablement la zone de liaison efficace et la force de verrouillage mécanique, mais fournit également un écoulement stable et un espace de durcissement pour l'adhésif, réduisant ainsi de 70 % la contrainte d'inclinaison des composants causée par un retrait inégal de la couche adhésive. Combiné avec une colle époxy de qualité médicale-avec un faible taux de retrait et une conductivité thermique élevée, la stabilité de position à long-terme des composants optiques sous des cycles de température de -40 degrés à 135 degrés et une stérilisation répétée est assurée.

Mécanisme d'action

La fonction principale des boîtiers de la série « Guangheng » est d'établir un « système de coordonnées mécaniques à dérive nulle » pour les systèmes optiques complexes. Chaque fonctionnalité desservant les composants optiques du boîtier a fait l'objet d'une analyse et d'une optimisation strictes des contraintes cinématiques. Par exemple, la surface de montage du capteur de la caméra est conçue avec une structure de « positionnement en six-points » qui garantit une planéité et une verticalité précises, limitant ainsi les six degrés de liberté de mouvement et garantissant que le capteur ne peut subir aucun micro-mouvements après avoir été fixé. Le canal d'introduction de la fibre d'éclairage et la face d'extrémité de sortie ont été contrôlés avec précision en termes de concentricité et d'angle, garantissant que le cône de lumière émis peut couvrir uniformément le champ de vision de la caméra et maintenir un angle prédéfini avec l'axe optique, évitant ainsi l'éblouissement direct de l'objectif. Pour les endoscopes 3D, les deux cavités indépendantes utilisées pour installer les modules de caméra gauche et droit voient leur espacement des axes optiques, leur angle de convergence et la coplanarité des plans du capteur tous traités avec une précision inférieure au micron -. C'est la base physique pour obtenir une vision stéréoscopique naturelle et non-fatiguante. Ces relations mécaniques précises constituent le « squelette invisible » d'une imagerie optique de haute-qualité.

Vérification de l'efficacité

Le module endoscopique équipé du boîtier « balance de lumière » fonctionne exceptionnellement bien sur la plate-forme de test optique professionnelle : dans le test de projection de grille standard, le taux de distorsion géométrique dans le champ de vision complet est inférieur à 1,5 % (la norme la plus élevée de l'industrie est généralement<3%); in the uniformity lighting test, the illumination uniformity within the field of view is greater than 90%; in the modulation transfer function (MTF) test, at the Nyquist frequency, the ratio of MTF values at the center and the edge is greater than 0.8, demonstrating excellent off-axis imaging performance. In the thermal stability test, during the temperature change from 10°C to 50°C, the image center drift is less than 2 pixels. The customer's complete machine test report shows that after using this housing, the 4K endoscope's geometric correction parameters at the factory are almost not requiring personalized adjustment, significantly simplifying the production process and improving the yield rate. In clinical simulations, the doctors' depth perception score for the 3D images using this housing significantly improved.

Stratégie et philosophie de recherche et développement

Notre stratégie consiste à « définir la précision mécanique basée sur les performances optiques ». Nous sommes à l'avant-garde de la conception optique d'endoscopes et avons établi une coopération approfondie avec les plus grandes sociétés de conception optique et fabricants de capteurs d'image au monde. Nous comprenons non seulement les dessins mécaniques, mais possédons également une connaissance approfondie des fonctions de modulation optique, de la théorie des aberrations et de l'optique d'éclairage. Nos entrées de conception ne sont pas seulement des modèles CAO et des bandes de tolérance, mais également les courbes de fonction de transfert de modulation (MTF), les diagrammes d'éclairage relatif (RI) et les grilles de distorsion du système optique du client. Nous convertissons ces indicateurs de performances optiques grâce à une analyse de sensibilité en exigences de tolérance mécanique quantifiables et mesurables pour chaque caractéristique pertinente du boîtier. Notre philosophie est la suivante : un boîtier distant parfait doit permettre de présenter la conception parfaite des ingénieurs optiques sans perte dans le monde réel. Nous sommes les « réalisateurs » de rêves optiques.

Perspectives d'avenir

À l’avenir, l’alignement optique sera profondément intégré à la compensation intelligente. Nous développons un « boîtier d’alignement optique actif » qui intègre des micro-actionneurs piézoélectriques à l’intérieur. Avant la production ou pendant l'utilisation, il peut effectuer un réglage précis au niveau nanométrique-de la position de la caméra ou des composants de l'objectif en fonction des signaux d'image détectés pour compenser la dérive mineure causée par une utilisation à long-terme ou des environnements extrêmes, obtenant ainsi une « précision à vie ». Dans le même temps, nous explorons et intégrons l'imagerie informatique pour développer des structures de logement spécifiquement optimisées pour les nouvelles technologies d'imagerie telles que « l'imagerie sans lentille » ou « l'imagerie par champ lumineux ». Ces technologies peuvent avoir des exigences de précision mécanique différentes de celles de l’optique traditionnelle. La vision plus grande est de participer à la recherche et au développement d'endoscopes au niveau des puces, intégrant des capteurs CMOS et des composants micro-optiques au niveau de la tranche. Notre rôle sera de fabriquer la base de microstructure ultime avec une planéité au niveau atomique et une adaptation thermique qui porte cette "puce optique", propulsant les endoscopes dans l'ère du "système-sur-une-puce".