概述
EBQ,Ypv ,8. Fd|#L 本文分為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)簡介、主要結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析、性能提升和總結(jié)五個部分，介紹了內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，并討論了如何在 OpticStudio 中根據(jù)內(nèi)窺鏡物鏡系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)進行像差分析，以及如何對其進行后續(xù)的
優(yōu)化提升。
GZxPh&BM? Sb QM!Q 內(nèi)窺鏡系統(tǒng)簡介
$Gs9"~z?; Q*jNJ^IW 內(nèi)窺鏡系統(tǒng)作為具有
光學鏡頭、圖像
傳感器、
光源照明、機械裝置等多重組件的
光學系統(tǒng)，一般來說可以分為醫(yī)用內(nèi)窺鏡和工業(yè)內(nèi)窺鏡。醫(yī)用內(nèi)窺鏡可以經(jīng)人體的天然孔道或手術(shù)切口進入人體內(nèi)，觀察內(nèi)部
成像結(jié)果。利用內(nèi)窺鏡可以看到 X 射線不能顯示的病變，因此它在醫(yī)學上有非常重要的作用。常見的醫(yī)用內(nèi)窺鏡有胃鏡、腸鏡、宮腔鏡、神經(jīng)內(nèi)鏡等。工業(yè)內(nèi)窺鏡則通常用在無損檢測和孔探技術(shù)方面，可分為硬管工業(yè)內(nèi)視鏡、可繞式小直徑軟管內(nèi)視鏡、影像工業(yè)內(nèi)視鏡等，它們在汽修、安防、安檢等領域有著廣泛的應用。
'kuLk M, ]g] ]\hS 內(nèi)窺鏡主要結(jié)構(gòu)
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G 不同種類的內(nèi)窺鏡會有一些功能和結(jié)構(gòu)上的差別，下圖是一個常見的用于胃腸道檢測的軟管內(nèi)窺鏡完整結(jié)構(gòu)示意圖。它的主要結(jié)構(gòu)包含了插入導管、目鏡/視頻轉(zhuǎn)換器、導光管等。其中，光學物鏡包含在插入導管的其中一個通道中。
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e $I0&I[_LzK 而下圖則是一幅插入導管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，所示的為硬式導管（硬式導管和軟式導管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體相似）。
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J;DTh ]z?: $ G<!+^T 我們可以看到，導管內(nèi)的結(jié)構(gòu)包含棒形
透鏡 (Rod Lens)、隔圈 (Spacer)、物鏡組合件 (Objective Assembly)，還有位于上部的
光纖 (Light Fibers)。本文將討論的模型即位于內(nèi)窺鏡導管末端的物鏡部分。
t~v_k\` { L l$,"}0T 內(nèi)窺鏡系統(tǒng)分析
D4OJin^} 5M v<8P~ 首先需要說明的是，不同的成像系統(tǒng)所選用的分析評判標準可能有所不同，可選用 RMS光斑尺寸、系統(tǒng)波前差或者 MTF 作為成像質(zhì)量的評判標準。因此，在優(yōu)化時可以設置不同的操作數(shù)對系統(tǒng)的成像質(zhì)量進行優(yōu)化。本文中的內(nèi)窺鏡物鏡系統(tǒng)選用的評判標準為 MTF曲線，并且需考慮的優(yōu)化/限制的條件還包括封裝要求、圓錐系數(shù)、畸變值、相對照度等，本文在其中選取了幾個影響較大的對象進行討論。
Cfr2 ~w sq rY< @% 在 OpticStudio 中打開文章附件，該文件展示了一個已經(jīng)設計得到的內(nèi)窺鏡物鏡系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)。點擊設置-結(jié)構(gòu)-編輯器，打開多重結(jié)構(gòu)編輯器，可以看到系統(tǒng)包含了三個結(jié)構(gòu)，它們之間的主要區(qū)別是系統(tǒng)的物距不同，分別為 8 mm、15.584 mm和 80 mm。在內(nèi)窺鏡設計中用到多重結(jié)構(gòu)，是考慮到內(nèi)窺鏡的實際使用情況。通常內(nèi)窺鏡物鏡可能會在不同的距離對物體進行觀察，而不是只在一個特定的距離上，所以我們希望它在不同物距下都能有較好的成像質(zhì)量，因此需要設置多重結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)進行分析。
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