Бороскопы: технология endoGRINs

Эта статья рассказывает о технологии, которая используется в жестких бороскопах.

Радиал-градиент-индексные (GRIN) линзы дают новый подход к жестким узлам эндоскопа. Единственный стержень с плоскими торцевыми поверхностями может легко передать изображение от 3-х до 7-ми раз, избавляя от затрат на изготовление множества элементов и их юстировку. Элементы GRIN стоят в среднем в 4 раза дешевле по сравнению с типичными единичными трансляторами изображения Хопкинса. Несмотря на преимущества в стоимости и простоте, технология GRIN не вытеснила конфигурацию Хопкинса. Главный недостаток традиционных трансляторов GRIN состоит в том, что они обладают повышенной дисперсией лучей света того же знака, что и традиционные линзы; то есть фокусное расстояние системы для синей части видимого спектра короче, чем для красной части спектра, что не позволяет создать систему с коррекцией света. Используя собственную технологию изготовления, инженеры корпорации Gradient Lens разработали градиент-индексное стекло и создали транслятор endoGRINs, компонент, который вводит дисперсию противоположного знака для компенсации дисперсии традиционных линз, что позволило дизайнерам создать ахроматический бороскоп.

Традиционный транслятор Хопкинса состоит из однокомпонентной линзы, линзы-стержня и двухкомпонентной линзы, смонтированных вместе; для одного транслятора требуются два таких собранных элемента. Индекс-градиентая (GRIN) линза-транслятор решает ту же самую задачу одним элементом. Легируемый литием материал исправляет хроматическую аберрацию, вводя отрицательную дисперсию.

Синий свет, проходя сквозь стекло GRIN, имеет больший коэффициент преломления чем красный, но изменение коэффициента преломления для красного цвета больше, чем для синего, что создает линзу транслятора с более сильным преломлением для красного цвета. Это позволяет проектировщику линзы легко сбалансировать осевую хроматическую аберрацию в трансляторе с аберрацией объектива и окуляра, создавая, таким образом, эндоскоп с цветовой коррекцией.
Трансляторы endoGRINs изготавливаются путем ионного обмена в содержащем литий стекле. Стекло сначала вытягивают в форме стержня, затем погружают в ванну из расплавленной соли, содержащей ионы натрия. Замена ионов натрия в соляном расплаве на ионы лития в стекле формирует номинально параболический профиль показателя преломления в стекле с An -0.003, образуя транслятор с относительным удлинением 25:1 на один шаг или на один транслятор изображения; это - промышленный стандарт.
Стержни имеют превосходное качество изображения с разрешением более 200 линий на миллиметр. Дисперсия транслятора – всего -0.25%; стержень диаметром 2 мм и длиной в полтора шага (150 мм) вызвал бы -0.375 мм дисперсию цвета по оси изображения, причем красные волны попадают в более короткий фокус, чем синие. Это состояние легко балансируется хроматическими эффектами линз окуляра и объектива, где синий свет попадает в более короткий фокус чем красный.