Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 04.06.2026 Herkunft: Website
Ein Endoskop-Kameramodul wurde entwickelt, um Orte zu sehen, die Ihr Auge nicht erreichen kann – in ein menschliches Gelenk, ein Düsentriebwerk oder ein Wasserrohr. Das Objektiv an der Spitze des Zielfernrohrs ist der kritischste Teil. In extrem kleinen Räumen (Durchmesser von 2–5 mm oder weniger) ist die Entwicklung eines Objektivs, das ein scharfes, breites und gut beleuchtetes Bild einfängt, eine große optische Herausforderung. In diesem Artikel wird erklärt, wie Endoskopkameraobjektive in derart beengten Umgebungen funktionieren und wie verschiedene Modultypen – von einem Minikameramodul für medizinische Zwecke bis hin zu einem USB-Kameramodul für industrielle Endoskope – dies erreichen.
Ein typisches Kameraobjektiv für ein Smartphone hat einen Durchmesser von etwa 5–8 mm. Bei einem Endoskop muss die gesamte Kamerabaugruppe in einen Schlauch passen, der oft kleiner als ein Reiskorn ist. Das heisst:
Die Linse muss extrem klein sein – manchmal nur 0,6 mm im Durchmesser.
Die Anzahl der Linsenelemente ist begrenzt (häufig nur ein oder zwei Glas- oder Kunststoffstücke).
Um Objekte zu erkennen, die nur wenige Millimeter entfernt sind, muss das Objektiv eine sehr kurze Brennweite haben.
Die Schärfentiefe muss groß sein, damit Objekte von 3 mm bis 50 mm ohne Autofokus scharf erscheinen.
Die Linse muss gegen Flüssigkeiten und Sterilisation (für medizinische Zwecke) abgedichtet sein.
Um ein weites Sichtfeld (typischerweise 90° bis 140°) und eine ausreichende Schärfentiefe zu erreichen, verwenden Endoskopobjektive eine oder eine Kombination der folgenden Techniken:
Asphärische Oberflächen – Eine einzelne asphärische Linse kann zwei sphärische Linsen ersetzen, wodurch Platz gespart und gleichzeitig Verzerrungen und sphärische Aberrationen korrigiert werden.
Glas oder Kunststoff mit hohem Brechungsindex – Materialien mit einem hohen Brechungsindex beugen das Licht stärker und ermöglichen eine kürzere Brennweite und eine kleinere Linse.
Optik auf Waferebene – Hunderte winziger Linsen werden auf einen Glaswafer geätzt und dann gewürfelt. Dies wird für Einweg-Endoskope verwendet.
Verbundlinse – Zwei oder drei winzige Linsenelemente, die übereinander gestapelt sind (z. B. eine vordere Negativlinse und eine hintere Positivlinse), um die Bildqualität zu verbessern und gleichzeitig den Durchmesser klein zu halten.
Das Objektiv fokussiert Licht auf einen CMOS-Kameramodulsensor. In einem typischen Endoskop-Kameramodul ist der Sensor ebenfalls sehr klein – oft 1/9″ bis 1/6″ (ca. 1,5–3 mm Diagonale). Das Objektiv projiziert einen Bildkreis, der dem aktiven Bereich des Sensors entspricht. Da das Objektiv einen festen Fokus hat, ist es auf eine Hyperfokalentfernung eingestellt. Von der halben Entfernung bis unendlich ist alles akzeptabel scharf. Beispielsweise hält ein auf 15 mm eingestelltes Objektiv Objekte von 8 mm bis unendlich scharf.
Der Sensor wandelt das Licht in elektrische Signale um. In einem modernen CMOS-Kameramodul verbessert die Back-illuminated-Technologie (BSI) die Empfindlichkeit und gleicht die kleine Blende aus.
Mini-Kameramodul (medizinisch oder industriell) – Ein Mini-Kameramodul für ein Einweg-Endoskop (z. B. 2 mm Durchmesser) verwendet eine einzelne asphärische Kunststofflinse. Die Linse wird mittels aktiver Ausrichtung direkt auf den Sensor geklebt. Der Arbeitsabstand ist fest, typischerweise 5–20 mm für medizinische Zwecke. Es gibt keinen Autofokus; Die große Schärfentiefe deckt den benötigten Bereich ab.
USB-Kameramodul (Consumer-Endoskop) – Ein USB-Kameramodul für die Hausinspektion verfügt häufig über eine Spitze mit 5,5 mm Durchmesser und einer Glaslinse mit drei Elementen. Es kann einen Ring aus weißen LEDs um die Linse umfassen. Das Objektiv hat einen festen Fokus und ist auf einen Arbeitsabstand von ca. 30–100 mm eingestellt. Das Bild wird über USB 2.0 gestreamt und der UVC-Kameramodulstandard ermöglicht Plug-and-Play.
OEM-Kameramodul (kundenspezifisches Design) – Für spezielle Anwendungen kann ein OEM-Kameramodul mit einem kundenspezifischen Objektiv entworfen werden. Zum Beispiel ein Objektiv mit einem sehr weiten Sichtfeld (140°) für die Inspektion von Rohrleitungen oder ein Makroobjektiv für die Inspektion winziger Elektronik. Der OEM-Zulieferer wählt das Linsenmaterial (Glas aus Haltbarkeitsgründen, Kunststoff aus Kostengründen), die Anzahl der Elemente und die Beschichtung (antireflektierend, hydrophob) aus.
UVC-Kameramodul – Ein UVC-Kameramodul ist im Wesentlichen ein USB-Kameramodul, das dem USB-Videoklassenstandard folgt. Die Objektiveigenschaften sind dieselben, die Firmware meldet jedoch unterstützte Auflösung und Bildraten. Der Benutzer muss keinen Treiber installieren.
Bei allen bis auf die günstigsten Endoskope wird die Linse nicht einfach in eine Halterung geschraubt. Stattdessen nutzt der Hersteller einen aktiven Ausrichtungsprozess :
Der Sensor ist eingeschaltet und zeigt ein Testdiagramm an.
Das Objektiv wird von einem Robotermanipulator in sechs Achsen (X, Y, Z, Neigung, Neigung, Gier) bewegt.
Eine Software analysiert die Bildschärfe und -zentrierung.
Sobald die optimale Position gefunden ist, wird die Linse mit UV-härtendem Kleber fixiert.
Durch die aktive Ausrichtung werden kleinste mechanische Toleranzen in der Linsenhalterung und der Sensorplatzierung ausgeglichen. Ohne sie wäre das Bild auf einer Seite unscharf oder der Fokus wäre falsch. Dieser Prozess ist sowohl für ein Minikameramodul für ein 2-mm-Endoskop als auch für ein 4K-Industrie-Endoskop von entscheidender Bedeutung.
Auf kleinstem Raum gibt es keinen Platz für externe Beleuchtung. Daher verfügt das Endoskopkameramodul über eigene LEDs, die um das Objektiv herum angeordnet sind. Die LEDs müssen so positioniert werden, dass:
Sie erzeugen keinen Schatten durch den Objektivtubus.
Das Licht wird nach vorne (oder seitwärts mit einem Prisma) gerichtet.
Die Ausleuchtung ist über das gesamte Sichtfeld gleichmäßig.
Der Objektivtubus selbst kann abgeschrägt oder vertieft gestaltet sein, damit die LEDs näher an der optischen Achse platziert werden können und so dunkle Flecken reduziert werden.
Erwägen Sie ein Einweg-Ureteroskop. Der Spitzendurchmesser beträgt 2 mm. Im Inneren befindet sich:
Eine einzelne asphärische Kunststofflinse mit 1,4 mm Durchmesser.
Ein 1/9″ CMOS-Sensor (400×400 Pixel).
Zwei weiße LED-Chips an den Seiten der Linse.
Ein flexibler Schaltkreis, der mit dem Kabel verbunden wird.
Das Objektiv hat eine Brennweite von 1,2 mm, was ein Sichtfeld von 90° ergibt. Der Arbeitsabstand beträgt 3‑15 mm. Das Bild ist an den Rändern weich (Tonnenverzerrung), aber für die Darstellung eines Nierensteins akzeptabel. Die gesamte Baugruppe ist zur Wasserdichtigkeit und Sterilisation mit Epoxidharz vergossen.
Endoskopkameraobjektive für extrem kleine Räume basieren auf winziger asphärischer Optik, Fertigung auf Waferebene und aktiver Ausrichtung, um ein scharfes Bild zu erzeugen. Das Objektiv arbeitet mit einem CMOS-Kameramodulsensor zusammen, und die gesamte Baugruppe wird häufig in einem Minikameramodul für medizinische oder industrielle Zwecke verpackt. Für Verbraucheranwendungen bietet ein USB-Kameramodul mit UVC-Kameramodul-Konformität eine Plug-and-Play-Lösung mit einem Objektiv mit festem Fokus. Bei kundenspezifischen Produkten ermöglicht ein OEM-Kameramodul die vollständige Kontrolle über Linsendesign, Arbeitsabstand und Abdichtung.
Wenn Sie verstehen, wie diese winzigen Linsen funktionieren, können Sie das richtige Endoskopkameramodul für Ihre Anwendung auswählen – egal, ob Sie in ein Blutgefäß, eine Turbinenschaufel oder einen Haushaltsabfluss schauen müssen.
Wenn Sie ein individuelles Endoskop-Kameramodul benötigen – vom Mini-Kameramodul bis zum hochauflösenden USB-Kameramodul – wenden Sie sich an Sincere. Wir entwerfen und fertigen OEM-Kameramodule mit Präzisionsoptik und aktiver Ausrichtung.
