Zobrazení: 0 Autor: Editor webu Čas publikování: 2026-06-04 Původ: místo
Modul endoskopické kamery je navržen tak, aby viděl, kam vaše oči nedosáhnou – do lidského kloubu, tryskového motoru nebo vodovodního potrubí. Čočka na špičce dalekohledu je nejkritičtější částí. V ultra malých prostorách (průměr 2–5 mm nebo ještě méně) je návrh objektivu, který zachytí ostrý, široký a dobře osvětlený obraz, vážnou optickou výzvou. Tento článek vysvětluje, jak čočky endoskopických kamer fungují v takových omezených prostředích a jak toho dosahují různé typy modulů – od mini kamerového modulu pro lékařské použití až po USB kamerový modul pro průmyslové boroskopy.
Typická čočka fotoaparátu pro smartphone má průměr asi 5–8 mm. V endoskopu se musí celá sestava kamery vejít do trubice, která je často menší než zrnko rýže. To znamená:
Čočka musí být extrémně malá – někdy až 0,6 mm v průměru.
Počet členů objektivu je omezený (často pouze jeden nebo dva kusy skla nebo plastu).
Objektiv musí mít velmi krátkou ohniskovou vzdálenost, aby viděl objekty vzdálené jen několik milimetrů.
Hloubka ostrosti musí být velká, aby objekty od 3 mm do 50 mm vypadaly ostré bez automatického ostření.
Čočka musí být utěsněna proti tekutinám a sterilizaci (pro lékařské použití).
K dosažení širokého zorného pole (typicky 90° až 140°) a dostatečné hloubky ostrosti používají čočky endoskopu jednu z následujících technik nebo jejich kombinaci:
Asférické povrchy – Jedna asférická čočka může nahradit dvě sférické čočky, což šetří místo a zároveň koriguje zkreslení a sférickou aberaci.
Sklo nebo plast s vysokým indexem lomu – Materiály s vysokým indexem lomu více ohýbají světlo, což umožňuje kratší ohniskovou vzdálenost a menší čočku.
Optika na úrovni plátků – Stovky malých čoček jsou vyleptány na skleněný plátek a poté nakrájeny na kostičky. To se používá pro jednorázové endoskopy.
Složená čočka – Dva nebo tři drobné čočky naskládané dohromady (např. přední negativní čočka a zadní pozitivní čočka) pro zlepšení kvality obrazu při zachování malého průměru.
Objektiv zaostřuje světlo na snímač modulu CMOS kamery. V typickém modulu endoskopické kamery je snímač také velmi malý – často 1/9″ až 1/6″ (asi 1,5‑3 mm úhlopříčka). Objektiv promítá obrazový kruh, který odpovídá aktivní oblasti snímače. Protože je objektiv s pevným ohniskem, je nastaven na hyperfokální vzdálenost. Vše od poloviny této vzdálenosti do nekonečna je přijatelně ostré. Například objektiv nastavený na 15 mm udrží zaostřené objekty od 8 mm do nekonečna.
Senzor převádí světlo na elektrické signály. Technologie back-illuminated (BSI) v moderním modulu fotoaparátu CMOS zlepšuje citlivost a kompenzuje malou clonu.
Modul minikamery (lékařský nebo průmyslový) – Modul minikamery pro jednorázový endoskop (např. o průměru 2 mm) používá jednu plastovou asférickou čočku. Čočka je nalepena přímo na snímač pomocí aktivního zarovnání. Pracovní vzdálenost je pevná, typicky 5–20 mm pro lékařské použití. Neexistuje žádné automatické ostření; velká hloubka ostrosti pokrývá potřebný rozsah.
USB kamerový modul (Consumer Borescope) – USB kamerový modul pro domácí inspekci má často hrot o průměru 5,5 mm s tříprvkovou skleněnou čočkou. Může obsahovat prstenec bílých LED kolem čočky. Objektiv má pevné ohnisko a je nastaven na pracovní vzdálenost asi 30–100 mm. Obraz je streamován přes USB 2.0 a díky standardu modulu UVC kamery je plug-and-play.
OEM kamerový modul (Custom Design) – Pro specializované aplikace lze OEM kamerový modul navrhnout s vlastním objektivem. Například objektiv s velmi širokým zorným polem (140°) pro kontrolu potrubí nebo makro objektiv pro kontrolu drobné elektroniky. OEM dodavatel vybírá materiál čočky (sklo kvůli odolnosti, plast kvůli ceně), počet prvků a povrchovou úpravu (antireflexní, hydrofobní).
Modul kamery UVC – Modul kamery UVC je v podstatě modul kamery USB, který se řídí standardem USB Video Class. Vlastnosti objektivu jsou stejné, ale firmware hlásí podporované rozlišení a snímkové frekvence. Uživatel nemusí instalovat ovladač.
U všech endoskopů kromě nejlevnějších není čočka jednoduše zašroubována do držáku. Místo toho výrobce používá aktivní proces zarovnání :
Senzor je zapnutý a zobrazuje testovací graf.
Čočka se pohybuje v šesti osách (X, Y, Z, náklon, sklon, stáčení) pomocí robotického manipulátoru.
Software analyzuje ostrost obrazu a centrování.
Po nalezení optimální polohy se čočka zafixuje lepidlem vytvrzovaným UV zářením.
Aktivní zarovnání kompenzuje drobné mechanické tolerance v držáku objektivu a umístění snímače. Bez něj by byl obraz na jedné straně rozmazaný nebo by bylo zaostření vypnuté. Tento proces je rozhodující jak pro modul minikamery pro 2mm endoskop, tak pro průmyslový boroskop 4K.
V extrémně malém prostoru není místo pro vnější osvětlení. Proto modul kamery endoskopu obsahuje vlastní LED diody umístěné kolem čočky. LED diody musí být umístěny tak, aby:
Nevytvářejí stín z tubusu objektivu.
Světlo směřuje dopředu (nebo hranolem do strany).
Osvětlení je rovnoměrné v celém zorném poli.
Samotný tubus objektivu může mít zkosenou nebo zapuštěnou konstrukci, aby bylo možné umístit LED blíže k optické ose, čímž se sníží tmavé skvrny.
Zvažte jednorázový ureteroskop. Průměr hrotu je 2 mm. Uvnitř je:
Jedna plastová asférická čočka o průměru 1,4 mm.
1/9″ CMOS snímač (400 × 400 pixelů).
Dva bílé LED čipy po stranách objektivu.
Flexibilní obvod, který se připojuje ke kabelu.
Objektiv má ohniskovou vzdálenost 1,2 mm a poskytuje zorné pole 90°. Pracovní vzdálenost je 3-15 mm. Obraz je měkký na okrajích (zkreslení sudu), ale přijatelný pro zobrazení ledvinového kamene. Celá sestava je zalita epoxidem pro hydroizolaci a sterilizaci.
Čočky endoskopických kamer pro ultramalé prostory se spoléhají na malou asférickou optiku, výrobu na úrovni destiček a aktivní zarovnání pro vytvoření ostrého obrazu. Objektiv spolupracuje se snímačem kamerového modulu CMOS a celá sestava je často zabalena do mini kamerového modulu pro lékařské nebo průmyslové použití. Pro spotřebitelské aplikace poskytuje modul USB Camera Module s vyhovujícím modulem kamery UVC řešení plug-and-play s objektivem s pevným ohniskem. U vlastních produktů umožňuje modul OEM kamery plnou kontrolu nad designem čočky, pracovní vzdáleností a těsněním.
Pochopení toho, jak tyto drobné čočky fungují, vám pomůže vybrat správný modul endoskopické kamery pro vaši aplikaci – ať už potřebujete vidět dovnitř krevní cévy, lopatky turbíny nebo domovního odpadu.
Pokud požadujete vlastní modul endoskopické kamery – od mini kamerového modulu po modul USB kamery s vysokým rozlišením – kontaktujte společnost Sincere. Navrhujeme a vyrábíme OEM kamerové moduly s přesnou optikou a aktivním ustavením.
