Visninger: 0 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 30-05-2026 Oprindelse: websted
Ultra-miniature kameramoduler er de skjulte øjne inde i medicinske endoskoper, industrielle boreskoper, bærbare enheder og endda mikrodroner. At designe et kamera, der passer ind i et rør med en diameter på 2 mm, og samtidig levere skarpe, farvenøjagtige billeder, er en seriøs ingeniørudfordring. I denne artikel forklarer vi de vigtigste trin og afvejninger, der er involveret i design af ultraminiature kameramoduler, fra valg af modulkamerasensor til samling af det endelige produkt.
Et kameramodul betragtes som 'ultra-miniature', når dets ydre diameter er mindre end 4 mm, og ofte så lille som 1 mm til 2 mm. Sådanne moduler bruges typisk i endoskopkameramodulapplikationer, hvor spidsen skal navigere i smalle blodkar, tårekanaler eller bittesmå motorkomponenter. På trods af størrelsen skal de muligvis udsende 720p, 1080p eller endda 4K-video.
Nøglekarakteristika ved et ultra-miniaturedesign:
Ekstremt lille linsebeholder (ofte specialfremstillet glas eller plastik).
Bare-die-sensor samlet med Chip-on-Board (COB) teknologi.
Fleksibelt trykt kredsløb (FPC) i stedet for et stift PCB.
Integreret LED-belysning omkring linsen.
Vandtæt tætning (IP67/IP68) til medicinsk eller industriel brug.
Sensoren er hjertet i ethvert kamera. For ultra-miniature designs kan du ikke bruge en standard pakket sensor. I stedet har du brug for en blank matrice, der kan wire-bondes direkte til flex-kredsløbet. Fælles valg omfatter:
OmniVision OV6948 – en 0,65 mm × 0,65 mm sensor med integreret linse, der bruges i engangsendoskoper.
Sony IMX290 (bar die-version) – 1/2,8' sensor, meget større, men stadig mulig i en 4-5 mm spids.
For at få højere opløsning kan et 4k-endoskop-kameramodul bruge en Sony IMX415 bar die, men dette øger spidsdiameteren til omkring 4 mm.
For et grundlæggende 720p kameramodul er sensorer som OV9732 (1/9″) populære. Modulkamerasensoren bestemmer den mindst mulige diameter, så vælg den mindste matrice, der opfylder dine krav til opløsning og svagt lys.
I stedet for et stift printkort bruger ultraminiaturemoduler et fleksibelt trykt kredsløb (FPC). FPC'en er designet til at vikle rundt om sensoren og linseholderen, hvilket sparer plads. Sensorens blottede dyse er fastgjort til FPC'en ved hjælp af Chip-on-Board (COB) teknologi:
Matricen limes på FPC'en med epoxy.
Guldledninger er bundet fra sensorpuderne til FPC-sporene.
En glob top (epoxy) beskytter ledningerne.
COB eliminerer sensorpakken og reducerer højden med op til 1 mm – kritisk, når den samlede tykkelse kun er 2 mm.
Linsen skal være lige så lille som sensoren. For ultra-miniature moduler er der to muligheder:
Wafer-level optics (WLO) – Linser ætses på en glaswafer og skæres derefter i tern. Disse kan være så små som 0,6 mm i diameter.
Præcisionsglaskuglelinser – Små sfæriske linser, der limes ind i en metal- eller plastikholder.
Til et 720p kameramodul kan en enkelt asfærisk plastlinse være nok. Til et 4k-endoskopkameramodul skal du bruge en glaslinse med flere elementer for at løse de høje detaljer – dette øger spidsdiameteren.
Linsen skal placeres direkte over sensoren. Brændvidden og arbejdsafstanden er faste; autofokus er næsten umuligt i denne skala.
Selv et skift på 10 mikron mellem objektivet og sensoren vil ødelægge billedet. Derfor positioneres objektivet aktivt under montering – mens sensoren er strømførende, flyttes objektivet i X, Y, Z, tilt og rotation, mens software analyserer skarpheden. Når den optimale position er fundet, limes linsen på plads med UV-hærdende klæbemiddel. Dette aktive justeringstrin er obligatorisk for ethvert endoskopkameramodul, der sigter efter ensartet kvalitet.
De fleste endoskopkameramoduler inkluderer en eller flere bittesmå lysdioder omkring linsen. LED'erne er også bare dies (chips) monteret direkte på FPC'en. De er forbundet i serie eller parallelt og ofte dækket med en gennemsigtig epoxy. LED'erne skal placeres så tæt på linsen som muligt for at undgå skygger.
FPC strækker sig fra kamerahovedet til et stik. For et USB-kameramodul kan FPC'en ende i et USB-stik eller et miniature ZIF-stik. For et indlejret system kan kablet bære MIPI CSI-2-signaler. Kabellængden er begrænset af signalintegritet; for MIPI, hold den under 30 cm; for USB er op til 3 m mulig.
Kabelindgangspunktet skal forsegles med epoxy eller en overstøbt støvle for at forhindre væskeindtrængning (IP67/IP68).
Til medicinsk eller industriel brug skal kamerahovedet være vandtæt. Hele samlingen (sensor, ledninger, linseholder) er indkapslet med epoxy eller silikone af medicinsk kvalitet. Linsevinduet forbliver blotlagt. Tætningen testes ved nedsænkning eller trykfald.
Hvert ultra-miniature kameramodul gennemgår:
Optiske tests – Opløsning (MTF), synsfelt, forvrængning og dybdeskarphed.
Defekt pixelregistrering – Kortlægning og korrigering af døde pixels.
Hvidbalancekalibrering – For at sikre ensartet farve på tværs af moduler.
Vandtæt test – hvis specificeret.
For et 4K-endoskopkameramodul skal testudstyret have tilstrækkelig opløsning til at verificere 4K-skarphed.
Ofte passer et standardmodul ikke til et specifikt produkt. En OEM-kameramodulproducent som Sincere kan tilpasse:
Diameter – Fra 1,5 mm til 8 mm.
Kabellængde – Fra 10 cm til 3 m.
Objektivparametre – Synsfelt (60° til 140°), arbejdsafstand (makro til uendelig).
Interface – USB (UVC), MIPI eller analog.
Et OEM-kameramodul til et medicinsk endoskop vil også kræve biokompatible materialer og sterilisationstolerance.
Antag, at du har brug for et billigt, ultraminiature-USB-kameramodul til bilinspektion. Designvalg:
Sensor: OV9732 (720p, 1/9″, bare matrice) – billig og lille.
Objektiv: Enkelt asfærisk plastik, 90° FOV, fast fokus ved 30 mm.
Montering: COB på FPC, aktiv justering.
Kabel: 1,5 m lang USB 2.0 med overstøbt trækaflastning.
Hus: Rustfrit stålrør, IP67-klassificeret.
Output: UVC-kompatibel, plug-and-play.
Dette modul ville have en spidsdiameter på ca. 4 mm.
Et avanceret medicinsk endoskopkameramodul kræver:
Sensor: Sony IMX415 bar die (8 MP, 1/2,8″).
Objektiv: 5-element glaslinse, 110° FOV, fast fokus.
Samling: COB på rigid-flex PCB, aktiv justering.
Kabel: MIPI CSI-2 over afskærmet koaksial bundt (kort, <30 cm) til et separat DSP-kort.
Hus: Titaniumrør, biokompatibelt, IP68.
Sterilisering: Autoklave kompatibel.
Diameteren vil være omkring 5-6 mm – større end 720p-versionen, men i stand til 4K-opløsning.
Billedkvalitet vs. størrelse – Mindre sensorer har mindre pixels, som fanger mindre lys. Et 720p-kameramodul med 1,4 µm pixels vil være mere støjende end et 1080p-modul med 2,0 µm pixels, men sidstnævnte kræver en større spids.
Varmeafledning – Et 4k endoskop kameramodul genererer mere varme. I et tæt forseglet 4 mm rør kan varme forringe billedet eller beskadige sensoren. Pulser LED'erne og reducer billedhastigheden for at styre varmen.
Yield – Ultra-miniature COB-samling har en højere afvisningsrate end standard SMT. Forvent en indlæringskurve.
Design af ultra-miniature kameramoduler kræver en dyb forståelse af sensoremballage (bar die, COB), mikrooptik, aktiv justering og vandtæt forsegling. Modulkamerasensoren bestemmer den mindste opnåelige diameter, mens objektivets kompleksitet dikterer billedkvaliteten. For et grundlæggende 720p kameramodul er en enkelt asfærisk plastlinse og en lille sensor som OV9732 tilstrækkelig. For et 4k-endoskop-kameramodul er en glaslinse med flere elementer og en større sensor (f.eks. IMX415) nødvendige, hvilket øger spidsdiameteren. En OEM-kameramodultilgang giver dig mulighed for at tilpasse ethvert aspekt - diameter, kabellængde, synsfelt og interface - til at passe til din specifikke applikation, uanset om det er et medicinsk engangssigte eller et industrielt boreskop. Hvis du har brug for et USB-kameramodul med ultra-miniaturedimensioner, gælder de samme principper, men grænsefladen er forenklet til UVC over USB.
Hos Sincere designer og fremstiller vi ultraminiature kameramoduler til medicinske, industrielle og forbrugeranvendelser. Kontakt os for at diskutere dit endoskopkameramodulprojekt.
