Visninger: 0 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 2026-06-04 Oprindelse: websted
Et endoskopkameramodul er designet til at se, hvor dine øjne ikke kan nå – inde i et menneskeligt led, en jetmotor eller et VVS-rør. Linsen i spidsen af kikkerten er den mest kritiske del. I ultra-små rum (diametre på 2-5 mm eller endda mindre), er det en alvorlig optisk udfordring at designe et objektiv, der fanger et skarpt, bredt og godt oplyst billede. Denne artikel forklarer, hvordan endoskopkameralinser fungerer i så begrænsede miljøer, og hvordan forskellige typer moduler – fra et minikameramodul til medicinsk brug til et USB-kameramodul til industrielle boreskoper – opnår dette.
En typisk kameralinse til en smartphone er omkring 5-8 mm i diameter. I et endoskop skal hele kameraenheden passe ind i et rør, der ofte er mindre end et riskorn. Dette betyder:
Linsen skal være ekstremt lille – nogle gange så lille som 0,6 mm i diameter.
Antallet af linseelementer er begrænset (ofte kun et eller to stykker glas eller plastik).
Objektivet skal have en meget kort brændvidde for at se genstande, der kun er få millimeter væk.
Dybdeskarpheden skal være stor, så objekter fra 3 mm til 50 mm fremstår skarpe uden autofokus.
Linsen skal være forseglet mod væsker og sterilisering (til medicinsk brug).
For at opnå et bredt synsfelt (typisk 90° til 140°) og tilstrækkelig dybdeskarphed, bruger endoskoplinser en eller en kombination af følgende teknikker:
Asfæriske overflader – En enkelt asfærisk linse kan erstatte to sfæriske linser, hvilket sparer plads og korrigerer forvrængning og sfærisk aberration.
Højindeksglas eller plastik – Materialer med højt brydningsindeks bøjer lyser mere, hvilket tillader en kortere brændvidde og en mindre linse.
Optik på waferniveau – Hundredvis af bittesmå linser er ætset på en glaswafer og derefter skåret i tern. Dette bruges til engangsendoskoper.
Sammensat linse – To eller tre små linseelementer stablet sammen (f.eks. en forreste negativ linse og en bageste positiv linse) for at forbedre billedkvaliteten, mens diameteren holdes lille.
Objektivet fokuserer lyset på en CMOS-kameramodulsensor. I et typisk endoskopkameramodul er sensoren også meget lille – ofte 1/9″ til 1/6″ (ca. 1,5‑3 mm diagonal). Objektivet projicerer en billedcirkel, der matcher sensorens aktive område. Da objektivet har fast fokus, er det indstillet til en hyperfokal afstand. Alt fra den halve afstand til det uendelige er acceptabelt skarpt. For eksempel vil et objektiv indstillet til 15 mm holde objekter fra 8 mm til uendeligt i fokus.
Sensoren omdanner lyset til elektriske signaler. I et moderne cmos-kameramodul forbedrer back-illuminated (BSI) teknologi følsomheden og kompenserer for den lille blændeåbning.
Minikameramodul (medicinsk eller industrielt) – Et minikameramodul til et engangsendoskop (f.eks. 2 mm i diameter) bruger en enkelt asfærisk plastlinse. Linsen limes direkte på sensoren ved hjælp af aktiv justering. Arbejdsafstanden er fast, typisk 5-20 mm til medicinsk brug. Der er ingen autofokus; den store dybdeskarphed dækker det nødvendige område.
USB-kameramodul (Consumer Borescope) – Et USB-kameramodul til hjemmeinspektion har ofte en spids på 5,5 mm i diameter med en glaslinse med tre elementer. Det kan omfatte en ring af hvide lysdioder omkring linsen. Objektivet har fast fokus, indstillet til en arbejdsafstand på omkring 30-100 mm. Billedet streames over USB 2.0, og UVC-kameramodulets standard gør det plug-and-play.
OEM-kameramodul (brugerdefineret design) – Til specialiserede applikationer kan et OEM-kameramodul designes med et brugerdefineret objektiv. For eksempel en linse med et meget bredt synsfelt (140°) til inspektion af rørledninger eller et makroobjektiv til inspektion af lille elektronik. OEM-leverandøren vælger linsematerialet (glas for holdbarhed, plast for pris), antallet af elementer og belægningen (antireflekterende, hydrofobisk).
UVC-kameramodul – Et UVC-kameramodul er i det væsentlige et USB-kameramodul, der følger USB Video Class-standarden. Objektivets egenskaber er de samme, men firmwaren rapporterer understøttet opløsning og billedhastighed. Brugeren behøver ikke at installere en driver.
I alle undtagen de billigste endoskoper er linsen ikke bare skruet ind i en holder. I stedet bruger producenten en aktiv tilpasningsproces:
Sensoren er tændt og viser et testskema.
Linsen bevæges i seks akser (X, Y, Z, tilt, pitch, yaw) af en robotmanipulator.
Software analyserer billedets skarphed og centrering.
Når den optimale position er fundet, fikseres linsen med UV-hærdende klæbemiddel.
Aktiv justering kompenserer for små mekaniske tolerancer i linseholderen og sensorplaceringen. Uden det ville billedet være sløret på den ene side, eller fokus ville være slået fra. Denne proces er kritisk for både et minikameramodul til et 2 mm endoskop og et 4K industrielt boreskop.
I et ultra-lille rum er der ikke plads til ekstern belysning. Derfor inkluderer endoskopkameramodulet sine egne LED'er placeret rundt om linsen. LED'erne skal placeres således, at:
De skaber ikke en skygge fra linsebeholderen.
Lyset er rettet fremad (eller sidelæns med et prisme).
Belysningen er ensartet på tværs af synsfeltet.
Selve linserøret kan have et affaset eller forsænket design, så LED'erne kan placeres tættere på den optiske akse, hvilket reducerer mørke pletter.
Overvej et engangsureteroskop. Spidsdiameteren er 2 mm. Indeni er der:
En enkelt asfærisk plastlinse, 1,4 mm i diameter.
En 1/9' CMOS-sensor (400×400 pixels).
To hvide LED-chips på siderne af linsen.
Et fleksibelt kredsløb, der forbindes til kablet.
Objektivet har en brændvidde på 1,2 mm, hvilket giver et synsfelt på 90°. Arbejdsafstanden er 3-15 mm. Billedet er blødt i kanterne (tøndeforvrængning), men acceptabelt for at se en nyresten. Hele samlingen er indkapslet med epoxy til vandtætning og sterilisering.
Endoskopkameralinser til ultra-små rum er afhængige af bittesmå asfærisk optik, fremstilling på waferniveau og aktiv justering for at producere et skarpt billede. Objektivet fungerer sammen med en cmos-kameramodulsensor, og hele samlingen er ofte pakket ind i et minikameramodul til medicinsk eller industriel brug. Til forbrugerapplikationer giver et USB-kameramodul med UVC-kameramodul-overholdelse en plug-and-play-løsning med en objektiv med fast fokus. For tilpassede produkter giver et OEM-kameramodul fuld kontrol over objektivdesign, arbejdsafstand og forsegling.
At forstå, hvordan disse små linser virker, hjælper dig med at vælge det rigtige endoskopkameramodul til din applikation – uanset om du har brug for at se inde i et blodkar, en turbinevinge eller et husholdningsafløb.
Hvis du har brug for et brugerdefineret endoskopkameramodul – fra et minikameramodul til et USB-kameramodul med høj opløsning – kontakt Sincere. Vi designer og fremstiller OEM-kameramoduler med præcisionsoptik og aktiv justering.
