Zobrazení: 0 Autor: Editor webu Čas publikování: 2026-05-30 Původ: místo
Moduly ultraminiaturních kamer jsou skryté oči uvnitř lékařských endoskopů, průmyslových boroskopů, nositelných zařízení a dokonce i mikrodronů. Navrhnout kameru, která se vejde do tubusu o průměru 2 mm a zároveň poskytuje ostré a barevně přesné snímky, je vážnou technickou výzvou. V tomto článku vysvětlujeme klíčové kroky a kompromisy při navrhování modulů ultraminiaturních kamer, od výběru modulového kamerového senzoru až po sestavení finálního produktu.
Modul kamery je považován za 'ultraminiaturní', pokud je jeho vnější průměr menší než 4 mm a často jen 1 mm až 2 mm. Takové moduly se obvykle používají v aplikacích modulů endoskopických kamer, kde hrot musí procházet úzkými krevními cévami, slznými kanálky nebo drobnými součástmi motoru. Navzdory velikosti mohou potřebovat výstup videa 720p, 1080p nebo dokonce 4K.
Klíčové vlastnosti ultraminiaturního designu:
Extrémně malý tubus objektivu (často na zakázku vyrobený ze skla nebo plastu).
Bare-die senzor sestavený pomocí technologie Chip-on-Board (COB).
Flexibilní tištěný spoj (FPC) místo tuhého PCB.
Integrované LED osvětlení kolem objektivu.
Vodotěsné těsnění (IP67/IP68) pro lékařské nebo průmyslové použití.
Senzor je srdcem každého fotoaparátu. U ultraminiaturních návrhů nelze použít standardní přibalený senzor. Místo toho potřebujete holou matrici, kterou lze drátem připojit přímo k flex obvodu. Mezi běžné možnosti patří:
OmniVision OV6948 – snímač 0,65 mm × 0,65 mm s integrovanou čočkou, používaný v jednorázových endoskopech.
Sony IMX290 (verze s holou matricí) – 1/2,8″ snímač, mnohem větší, ale stále možný se 4‑5 mm hrotem.
Pro vyšší rozlišení může modul 4k endoskopické kamery používat holou matrici Sony IMX415, ale tím se průměr hrotu zvětší na přibližně 4 mm.
Pro základní modul kamery 720p jsou oblíbené senzory jako OV9732 (1/9″). Modulový kamerový senzor určuje minimální možný průměr, takže si vyberte nejmenší matrici, která vyhovuje vašim požadavkům na rozlišení a nízké osvětlení.
Místo pevné desky plošných spojů používají ultraminiaturní moduly flexibilní tištěný obvod (FPC). FPC je navrženo tak, aby se obepínalo kolem snímače a držáku objektivu, což šetří místo. Čipová matrice senzoru je připojena k FPC pomocí Chip-on-Board (COB) : technologie
Raznice je na FPC nalepena epoxidem.
Zlaté dráty jsou připojeny od podložek senzoru k FPC trasám.
Kabely chrání kulový vrch (epoxid).
COB eliminuje sadu senzorů a snižuje výšku až o 1 mm – kritické, když je celková tloušťka pouze 2 mm.
Objektiv musí být stejně malý jako snímač. U ultraminiaturních modulů existují dvě možnosti:
Optika na úrovni destičky (WLO) – Čočky jsou vyleptány na skleněnou destičku a poté nakrájeny na kostičky. Ty mohou mít průměr pouhých 0,6 mm.
Přesné skleněné kuličkové čočky – Drobné kulové čočky, které jsou vlepeny do kovového nebo plastového držáku.
Pro modul kamery 720p může stačit jedna plastová asférická čočka. Pro modul 4k endoskopické kamery potřebujete víceprvkovou skleněnou čočku pro rozlišení vysokých detailů – tím se zvětší průměr hrotu.
Objektiv musí být umístěn přímo nad snímačem. Ohnisková vzdálenost a pracovní vzdálenost jsou pevné; automatické ostření je v tomto měřítku téměř nemožné.
I 10mikronový posun mezi objektivem a snímačem zničí obraz. Během montáže je tedy čočka polohována aktivně – zatímco je snímač aktivní, čočkou se pohybuje v X, Y, Z, naklánění a otáčení, zatímco software analyzuje ostrost. Jakmile je nalezena optimální poloha, čočka se přilepí na místo pomocí lepidla vytvrzujícího UV zářením. Tento krok aktivního zarovnání je povinný pro jakýkoli modul endoskopické kamery, který usiluje o konzistentní kvalitu.
Většina modulů endoskopických kamer obsahuje jednu nebo více malých LED diod kolem čočky. LED diody jsou také holé matrice (čipy) namontované přímo na FPC. Jsou zapojeny sériově nebo paralelně a často pokryty transparentním epoxidem. LED musí být umístěny co nejblíže k objektivu, aby nedocházelo ke stínům.
FPC sahá od hlavy kamery ke konektoru. U modulu USB Camera Module může FPC končit konektorem USB nebo miniaturním konektorem ZIF. U vestavěného systému by kabel mohl přenášet signály MIPI CSI‑2. Délka kabelu je omezena integritou signálu; u MIPI udržujte pod 30 cm; pro USB je možné až 3 m.
Vstupní bod kabelu musí být utěsněn epoxidem nebo zalisovanou manžetou, aby se zabránilo vniknutí kapaliny (IP67/IP68).
Pro lékařské nebo průmyslové použití musí být hlava kamery vodotěsná. Celá sestava (senzor, vodiče, držák objektivu) je zalita lékařským epoxidem nebo silikonem. Okénko objektivu zůstane odkryté. Těsnění se testuje ponořením nebo poklesem tlaku.
Každý modul ultraminiaturní kamery prochází:
Optické testy – Rozlišení (MTF), zorné pole, zkreslení a hloubka ostrosti.
Detekce vadných pixelů – Mapování a oprava mrtvých pixelů.
Kalibrace vyvážení bílé – Pro zajištění konzistentních barev napříč moduly.
Zkouška vodotěsnosti – je-li specifikována.
U modulu 4K endoskopické kamery musí mít testovací zařízení dostatečné rozlišení pro ověření ostrosti 4K.
Standardní modul často nevyhovuje konkrétnímu produktu. Výrobce kamerových modulů OEM, jako je Sincere, může přizpůsobit:
Průměr – od 1,5 mm do 8 mm.
Délka kabelu – od 10 cm do 3 m.
Parametry objektivu – Zorné pole (60° až 140°), pracovní vzdálenost (makro až nekonečno).
Rozhraní – USB (UVC), MIPI nebo analogové.
OEM kamerový modul pro lékařský endoskop bude také vyžadovat biokompatibilní materiály a toleranci sterilizace.
Předpokládejme, že potřebujete levný, ultraminiaturní modul USB kamery pro kontrolu automobilů. Možnosti designu:
Senzor: OV9732 (720p, 1/9″, holá matrice) – cenově dostupný a malý.
Objektiv: Jednoduchý plastový asférický, 90° FOV, pevné ohnisko na 30 mm.
Montáž: COB na FPC, aktivní zarovnání.
Kabel: 1,5 m dlouhý USB 2.0 s přelisovaným odlehčením tahu.
Pouzdro: Trubka z nerezové oceli, krytí IP67.
Výstup: kompatibilní s UVC, plug-and-play.
Tento modul by měl průměr hrotu přibližně 4 mm.
Špičkový modul lékařské endoskopické kamery vyžaduje:
Senzor: Sony IMX415 holá matrice (8 MP, 1/2,8″).
Objektiv: 5prvková skleněná čočka, 110° FOV, pevné ohnisko.
Sestava: COB na rigid-flex PCB, aktivní vyrovnání.
Kabel: MIPI CSI‑2 přes stíněný koaxiální svazek (krátký, <30 cm) k samostatné desce DSP.
Pouzdro: Titanová trubice, biokompatibilní, IP68.
Sterilizace: Kompatibilní v autoklávu.
Průměr bude kolem 5–6 mm – větší než verze 720p, ale schopný rozlišení 4K.
Kvalita obrazu vs. velikost – Menší snímače mají menší pixely, které zachycují méně světla. Modul 720p kamery s 1,4 µm pixely bude hlučnější než 1080p modul s 2,0 µm pixely, ale druhý vyžaduje větší hrot.
Odvod tepla – 4k modul endoskopické kamery generuje více tepla. V těsně utěsněné 4mm trubici může teplo znehodnotit obraz nebo poškodit snímač. Pulzujte LED diody a snižte snímkovou frekvenci, abyste řídili teplo.
Výtěžnost – ultraminiaturní sestava COB má vyšší míru odmítnutí než standardní SMT. Očekávejte křivku učení.
Navrhování modulů ultraminiaturních kamer vyžaduje hluboké pochopení obalů snímačů (holá matrice, COB), mikrooptiky, aktivního zarovnání a vodotěsného těsnění. Modulový kamerový snímač určuje minimální dosažitelný průměr, zatímco složitost objektivu určuje kvalitu obrazu. Pro základní modul 720p kamery stačí jedna plastová asférická čočka a malý snímač jako OV9732. Pro modul 4k endoskopické kamery je nezbytná víceprvková skleněná čočka a větší snímač (např. IMX415), který zvětšuje průměr hrotu. Přístup OEM kamerového modulu vám umožňuje přizpůsobit každý aspekt – průměr, délku kabelu, zorné pole a rozhraní – tak, aby vyhovoval vaší konkrétní aplikaci, ať už se jedná o jednorázový lékařský dalekohled nebo průmyslový boroskop. Pokud potřebujete kamerový modul USB s ultraminiaturními rozměry, platí stejné zásady, ale rozhraní je zjednodušeno na UVC přes USB.
Ve společnosti Sincere navrhujeme a vyrábíme moduly ultraminiaturních kamer pro lékařské, průmyslové a spotřebitelské aplikace. Kontaktujte nás a prodiskutujte svůj projekt modulu endoskopické kamery.
