Wie dünn sind Glasfaser-Endoskope? Warum sind sie so dünn gemacht?

Das Kerngeheimnis der extrem dünnen GlasfaserEndoskops liegt in ihrer Bildübertragungskomponente – dem Bildbündel.

Wir können dies durch einen einfachen Vergleich verstehen: Traditionell starrEndoskops: wie ein langes, dünnes Teleskop mit mehreren komplexen Linsen im Inneren. Zwischen diesen Linsen wird Licht immer wieder gebrochen. Die Linsen selbst sind dick und erfordern eine präzise Ausrichtung und Fixierung, was es schwierig macht, sie sehr dünn herzustellen.

GlasfaserEndoskops: Ihr Kern sind keine Linsen, sondern ein Bündel extrem flexibler Glasfasern, dünner als ein menschliches Haar.

Lassen Sie uns im Detail aufschlüsseln, wie Glasfaser funktioniertEndoskops erreichen ihre „Dünnheit“:

1. Grundprinzip: Totale interne Reflexion und pixelige Bildübertragung

Das faseroptische Bildbündel besteht nicht aus einer einzelnen Faser, sondern aus Zehn- oder sogar Hunderttausenden extrem dünnen Fasern, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet und gebündelt sind.

Struktur einer einzelnen Faser: Jede Faser besteht aus zwei Teilen:

1. Kern: Ein Glaszentrum mit hohem Brechungsindex.

2. Mantel: Eine Glasschicht mit niedrigem Brechungsindex, die den Kern umgibt.

Funktionsprinzip: Totale interne Reflexion: Wenn Licht vom Faserkern zur Mantelschnittstelle wandert, wird das Licht aufgrund des höheren Brechungsindex des Kerns vollständig in den Kern zurückreflektiert. So bewegt sich das Licht „zickzackförmig“ durch die Faser und durchläuft nahezu verlustfrei unzählige Totalreflexionen von einem Ende zum anderen.

Wie wird das Bild innerhalb der Faser übertragen? – Pixelierung

Zehntausende Fasern an einem Ende des Bildbündels bilden zusammen eine Bildoberfläche.

Jede einzelne Faser kann nur einen Lichtpunkt (ein Pixel im Bild) übertragen.

Diese Fasern sind an beiden Enden eins zu eins und nach einem regelmäßigen Muster angeordnet.

Auf diese Weise wird das auf der Abbildungsfläche am vorderen Ende des Bildbündels erzeugte optische Bild in Zehntausende unabhängige Lichtpunkte zerlegt.

Jeder Lichtpunkt wird unabhängig über die entsprechende Faser zum anderen Ende übertragen.

Am anderen Ende werden alle von den Fasern übertragenen Lichtpunkte wieder kombiniert, um das Bild vom vorderen Ende zu rekonstruieren.

Man kann es sich als eine Anordnung von Zehntausenden winzigen „Lichtleitern“ vorstellen, von denen jeder für die Übertragung von Licht von nur einem Punkt verantwortlich ist.

2. Warum kann diese Struktur so dünn gemacht werden?

Basierend auf den oben genannten Prinzipien, GlasfaserEndoskops haben erhebliche Vorteile bei der Erzielung feinerer Details:

1. Extrem feines Material: Der Durchmesser einer einzelnen Faser kann im Mikrometerbereich liegen (z. B. 10 µm, etwa 1/6 des Durchmessers eines menschlichen Haares). Ein Bündel, das Zehntausende solcher Fasern enthält, kann auch einen Durchmesser von 12 Millimetern haben.

2. Keine komplexen internen Linsenbaugruppen erforderlich: Im Gegensatz zu herkömmlichen starren LinsenEndoskopDa mehrere Linsen im physischen Raum angeordnet sein müssen, ist das faseroptische Bildbündel einfach ein regelmäßiges Faserbündel. Es leitet das Licht innerhalb der Faser nach physikalischen Prinzipien (totale interne Reflexion), anstatt eine optische Abbildung im freien Raum durchzuführen, wodurch erheblich Platz eingespart wird.

3. Hohe Integration:

Bildbündel: Verantwortlich für die Übertragung von Bildern, es ist die Hauptkomponente.

Leitstrahl: Um das Bildbündel herum befindet sich ein weiteres unabhängiges Faserbündel, das speziell dafür verantwortlich ist, Licht von einer externen Lichtquelle in den Körper zu leiten und so für die Beleuchtung des Beobachtungsbereichs zu sorgen.

Diese Faserbündel können sehr kompakt integriert und dann mit einer flexiblen Hülle und Kontrollmechanismen zu einem Ganzen umwickelt werdenEndoskop.

Warum ist es notwendig, so gut zu sein?

Konkret basiert das Streben nach „Feinheit“ vor allem auf den folgenden drei Punkten:

Anpassung an kleinste Räume: In der Industrie nur ausreichend feinEndoskops können problemlos in winzige Kanäle mit einem Durchmesser von weniger als 1 Millimeter und in die Innenlöcher von Präzisionsteilen eindringen.

Erzielung von Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen: Bei der industriellen Inspektion werden Demontagen und Schäden an Geräten oder Teilen vermieden, wodurch Zeit und Kosten für die Demontage gespart werden.

Verbesserung der Flexibilität und Zugänglichkeit: Feine und flexible GlasfaserEndoskops können komplexe und gewundene Pfade biegen und durchlaufen, um Bereiche zu erreichen, die für herkömmliche Instrumente unzugänglich sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das extreme Streben nach „Feinheit“ zu kontinuierlichen Durchbrüchen führtEndoskop Technologie, die darauf abzielt, dem menschlichen Sehvermögen den Zugang zur bisher unzugänglichen mikroskopischen Welt zu ermöglichen, die eine entscheidende Rolle in der industriellen Entwicklung spielt.