結果発表

ハイエンド視覚内視鏡用に特別に設計されたリモート ハウジングの「Guangheng」シリーズは、光学コンポーネントの取り付けと位置合わせの精度をナノメートル スケールにまで高めることに成功しました。{0}この製品は、「ナノメートル精度基準面加工」と「その場光学アライメント補助構造」という2つのコア技術により、カメラセンサー、光学レンズ、照明窓間の相対位置公差を±3マイクロメートル以内で安定させ、機械的根本原因による画像の歪み、色収差、照明暗部を排除します。この製品は、4K/8K 超-高解像度-内視鏡、3D 立体視内視鏡、蛍光イメージング内視鏡にとって不可欠なコアコンポーネントとなっています。

研究開発の背景にある課題

内視鏡画像の品質は診断や手術の「目」として機能しますが、その中心となるボトルネックは、多くの場合、遠位端の光学的位置合わせにあります。従来のシェル製造では、カメラの設置面、レンズ保持リングの面、ライトファイバーの出射面などの主要な基準面が異なるプロセスで個別に加工されており、誤差が累積すると、光軸のずれ、センサーの傾き、対物レンズの焦点ずれが容易に発生する可能性があります。わずかなずれ（0.02 ミリメートルのセンサーの傾きなど）でも、光学拡大後に明らかな画像の台形歪み、エッジのぼやけ、または不均一な照明が発生します。さらに、組み立てプロセス中の接着剤の収縮と応力解放により、制御不能な位置合わせ誤差がさらに発生します。臨床現場では、光学アライメントの不良による画像の「​​エッジの柔らかさ」、「隅の暗い影」、または 3D 視覚の「輻輳障害」などの問題は、医師の観察や操作の精度に重大な影響を及ぼし、内視鏡製品の性能や経験の違いに寄与する主な要因でもあります。

コア技術革新

• 複数の-ベンチマーク表面の 1 回の形成プロセス:従来の-ステップバイステップ処理モードを打ち破り、-当社は「1 回のクランプでフルフィーチャー成形」の超精密加工ソリューションを開発しました。-超-高剛性の 5- 軸マイクロ-加工センターでは、自社開発した「熱間結合誤差補正」アルゴリズムにより、すべての重要な光学ベンチマーク表面、レンズバレルキャビティ、光ファイバーソケット、チャンネルを 1 回のクランプで連続的に加工できます。-これにより、クランプの繰り返しによるベンチマーク換算誤差をなくし、各光学ベンチマーク面間の平行度、直角度、位置誤差を80％以上低減し、製造コンセプトである「設計アライメント」を実現しました。
• -現場校正マークと測定機能の統合設計:シェルの非機能領域では、革新的なマイクロ--形の溝、十字線、または半球状のくぼみが現場校正マークとして処理されます。-これらのマークは、後続の光学コンポーネントのアクティブ アライメント (AA) プロセスにおいて、マシン ビジョン システムの高精度基準ベンチマークとして機能し、アライメントの効率と精度を大幅に向上させることができます。-同時に、専用のマイクロ-測定面がシェル上に設計されており、レーザー干渉計や共焦点センサーを-組み立て中のその場測定、重要な寸法のリアルタイム監視に使用でき、製造-組み立て-テストの閉ループを形成します。
• 低応力で安定性の高い接続界面処理：光学部品の接合領域には、特殊なマイクロテクスチャ表面処理技術が開発されました。{0}レーザー表面テクスチャリングにより、マイクロコーン アレイの規則的な分布が接着面に形成され、有効接着面積と機械的結合力が大幅に増加するだけでなく、接着剤に安定した流れと硬化スペースが提供され、不均一な接着剤層の収縮によって引き起こされる部品の傾斜応力が 70% 軽減されます。収縮率が低く熱伝導率が高い医療グレードのエポキシ接着剤と組み合わせることで、-40 度から 135 度までの温度サイクルや繰り返しの滅菌下でも光学部品の長期的な位置安定性が確保されます。-

作用機序

「Guangheng」シリーズのハウジングの中核機能は、複雑な光学システム用の「ゼロドリフト機械座標系」を確立することです。-ハウジング内の光学コンポーネントに機能するすべての機能は、厳密な運動学的制約の分析と最適化を受けています。たとえば、カメラ センサーの取り付け面は、正確な平面性と垂直性を保証する「6 点位置決め」構造で設計されており、これにより動きの 6 自由度が制限され、センサーが固定後に微小な動きを受けることがなくなります。-照明ファイバーの導入チャネルと出射端面は、同心度と角度が正確に制御されており、放射される光円錐がカメラの視野を均一にカバーし、光軸に対してあらかじめ設定された角度を維持できるようにして、レンズからの直接のグレアを回避します。 3D 内視鏡の場合、左右のカメラ モジュールの取り付けに使用される 2 つの独立したキャビティの光軸間隔、輻輳角、センサー面の共平面性はすべてサブ-ミクロンの精度で処理されます。これは、自然で疲れない立体視を実現するための物理的な基礎です。{10}これらの正確な機械的関係は、高品質の光学イメージングの「目に見えない骨格」を構成します。-

有効性の検証

「ライト バランス」ハウジングを備えた内視鏡モジュールは、プロの光学テスト プラットフォームで非常に優れた性能を発揮します。標準的なグリッド投影テストでは、全視野内の幾何学的歪み率は 1.5% 未満です (業界の最高標準は通常、<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.

研究開発戦略と理念

私たちの戦略は「光学性能に基づいて機械精度を定義する」です。当社は内視鏡の光学設計の最前線に立っており、世界有数の光学設計会社やイメージセンサーメーカーと深い協力関係を築いています。私たちは機械図面を理解するだけでなく、光変調関数、収差理論、照明光学についても熟知しています。当社の設計入力は、CAD モデルと許容範囲だけでなく、顧客の光学システムの変調伝達関数 (MTF) 曲線、相対照明 (RI) ダイアグラム、歪みグリッドも含まれます。当社は、感度分析を通じてこれらの光学性能指標を、ハウジングの関連する各機能の定量化および測定可能な機械的公差要件に変換します。私たちの哲学は、「完璧なリモート ハウジングは、光学エンジニアの完璧な設計を現実の世界で損失なく表現できるようにする必要がある」です。私たちは光学の夢の「実現者」です。

今後の展望

将来的には、光学的アライメントはインテリジェントな補正と深く統合されるでしょう。マイクロ圧電アクチュエーターを内部に集積した「アクティブ光アライメントハウジング」を開発中です。製造前または使用中に、検出された画像信号に基づいてカメラまたはレンズ コンポーネントの位置をナノメートル レベルで微調整することができます。-これにより、長期間の使用や極端な環境によって引き起こされるわずかなドリフトを補正し、「生涯にわたる精度」を実現します。-同時に、私たちはコンピューテーショナル イメージングの研究と統合を進め、「レンズなしイメージング」や「ライト フィールド イメージング」などの新しいイメージング技術に特に最適化されたハウジング構造を開発しています。{6}これらの技術には、機械的精度に対する従来の光学とは異なる要件がある場合があります。より壮大なビジョンは、CMOSセンサーとマイクロ光学コンポーネントをウエハーレベルで統合する「チップ-内視鏡」の研究開発に参加することです。私たちの役割は、この「光学チップ」を搭載する原子レベルの平坦性と熱整合性を備えた究極の微細構造ベースを製造し、内視鏡を「システムオン{{13}チップ」の時代に押し込むことです。-