Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 30.05.2026 Herkunft: Website
Ultraminiatur-Kameramodule sind die verborgenen Augen in medizinischen Endoskopen, industriellen Endoskopen, tragbaren Geräten und sogar Mikrodrohnen. Die Entwicklung einer Kamera, die in ein Rohr mit 2 mm Durchmesser passt und gleichzeitig scharfe, farbgenaue Bilder liefert, ist eine große technische Herausforderung. In diesem Artikel erläutern wir die wichtigsten Schritte und Kompromisse beim Entwurf von Ultraminiatur-Kameramodulen, von der Auswahl des Modulkamerasensors bis zur Montage des Endprodukts.
Ein Kameramodul gilt als „Ultraminiatur“, wenn sein Außendurchmesser weniger als 4 mm beträgt, oft sogar nur 1 mm bis 2 mm. Solche Module werden typischerweise in Endoskopkameramodulanwendungen verwendet, bei denen die Spitze durch enge Blutgefäße, Tränenkanäle oder winzige Motorkomponenten navigieren muss. Trotz der Größe müssen sie möglicherweise 720p-, 1080p- oder sogar 4K-Videos ausgeben.
Hauptmerkmale eines Ultraminiaturdesigns:
Extrem kleiner Objektivtubus (häufig maßgeschneidert aus Glas oder Kunststoff).
Bare-Die-Sensor mit Chip-on-Board-Technologie (COB).
Flexible Leiterplatte (FPC) anstelle einer starren Leiterplatte.
Integrierte LED-Beleuchtung rund um die Linse.
Wasserdichte Abdichtung (IP67/IP68) für medizinische oder industrielle Zwecke.
Der Sensor ist das Herzstück jeder Kamera. Für Ultraminiaturdesigns können Sie keinen standardmäßig verpackten Sensor verwenden. Stattdessen benötigen Sie einen nackten Chip, der direkt mit der flexiblen Schaltung verbunden werden kann. Zu den gängigen Optionen gehören:
OmniVision OV6948 – ein 0,65 mm × 0,65 mm großer Sensor mit integrierter Linse, der in Einweg-Endoskopen verwendet wird.
Sony IMX290 (Bare-Die-Version) – 1/2,8-Zoll-Sensor, viel größer, aber immer noch mit einer 4-5-mm-Spitze möglich.
Für eine höhere Auflösung kann ein 4K-Endoskopkameramodul einen Sony IMX415-Bare-Chip verwenden, dadurch erhöht sich jedoch der Spitzendurchmesser auf etwa 4 mm.
Für ein einfaches 720p-Kameramodul sind Sensoren wie der OV9732 (1/9″) beliebt. Der Kamerasensor des Moduls bestimmt den minimal möglichen Durchmesser. Wählen Sie daher den kleinsten Chip, der Ihrer Auflösung und Ihren Anforderungen an wenig Licht entspricht.
Anstelle einer starren Leiterplatte verwenden Ultraminiaturmodule eine flexible gedruckte Schaltung (FPC). Das FPC ist so konzipiert, dass es sich platzsparend um den Sensor und den Objektivhalter wickeln lässt. Der Sensor-Bare-Chip wird mithilfe am FPC befestigt : der Chip-on-Board- Technologie (COB)
Der Chip wird mit Epoxidharz auf das FPC geklebt.
Golddrähte werden von den Sensorpads mit den FPC-Leiterbahnen verbunden.
Ein Glob Top (Epoxidharz) schützt die Drähte.
COB macht das Sensorpaket überflüssig und reduziert die Höhe um bis zu 1 mm – entscheidend, wenn die Gesamtdicke nur 2 mm beträgt.
Das Objektiv muss so klein sein wie der Sensor. Für Ultraminiaturmodule gibt es zwei Optionen:
Wafer-Level-Optik (WLO) – Linsen werden auf einen Glaswafer geätzt und dann gewürfelt. Diese können einen Durchmesser von bis zu 0,6 mm haben.
Präzisionsglaskugellinsen – Winzige sphärische Linsen, die in einen Metall- oder Kunststoffhalter eingeklebt werden.
Für ein 720p-Kameramodul kann eine einzelne asphärische Kunststofflinse ausreichen. Für ein 4K-Endoskopkameramodul benötigen Sie eine mehrteilige Glaslinse, um die hohen Details aufzulösen – dadurch vergrößert sich der Spitzendurchmesser.
Das Objektiv muss direkt über dem Sensor platziert werden. Brennweite und Arbeitsabstand sind fest vorgegeben; Autofokus ist in diesem Maßstab nahezu unmöglich.
Selbst eine 10-Mikrometer-Verschiebung zwischen Objektiv und Sensor zerstört das Bild. Daher wird das Objektiv während der Montage positioniert aktiv – während der Sensor aktiv ist, wird das Objektiv in X, Y, Z, Neigung und Drehung bewegt, während die Software die Schärfe analysiert. Sobald die optimale Position gefunden ist, wird die Linse mit UV-härtendem Kleber festgeklebt. Dieser aktive Ausrichtungsschritt ist für jedes Endoskop-Kameramodul obligatorisch, das eine gleichbleibende Qualität anstrebt.
Die meisten Endoskopkameramodule verfügen über eine oder mehrere winzige LEDs rund um die Linse. Bei den LEDs handelt es sich ebenfalls um Bare-Chips, die direkt auf dem FPC montiert sind. Sie werden in Reihe oder parallel geschaltet und oft mit einem transparenten Epoxidharz bedeckt. Um Schattenbildung zu vermeiden, müssen die LEDs möglichst nah an der Linse platziert werden.
Der FPC erstreckt sich vom Kamerakopf bis zu einem Anschluss. Bei einem USB-Kameramodul kann das FPC in einem USB-Stecker oder einem Miniatur-ZIF-Stecker enden. Bei einem eingebetteten System könnte das Kabel MIPI-CSI-2-Signale übertragen. Die Kabellänge wird durch die Signalintegrität begrenzt; für MIPI unter 30 cm halten; bei USB sind bis zu 3 m möglich.
Der Kabeleintrittspunkt muss mit Epoxidharz oder einer umspritzten Manschette abgedichtet werden, um das Eindringen von Flüssigkeiten zu verhindern (IP67/IP68).
Für den medizinischen oder industriellen Einsatz muss der Kamerakopf wasserdicht sein. Die gesamte Baugruppe (Sensor, Drähte, Linsenhalter) ist mit medizinischem Epoxidharz oder Silikon vergossen. Das Objektivfenster bleibt frei. Die Dichtheit wird durch Eintauchen oder Druckabfall geprüft.
Jedes Ultraminiaturkameramodul durchläuft:
Optische Tests – Auflösung (MTF), Sichtfeld, Verzerrung und Schärfentiefe.
Erkennung fehlerhafter Pixel – Zuordnung und Korrektur toter Pixel.
Weißabgleichkalibrierung – Um eine konsistente Farbe über alle Module hinweg sicherzustellen.
Wasserdichtigkeitstest – Falls angegeben.
Für ein 4K-Endoskop-Kameramodul muss das Testgerät über eine ausreichende Auflösung verfügen, um die 4K-Schärfe zu überprüfen.
Oftmals passt ein Standardmodul nicht zu einem bestimmten Produkt. Ein Hersteller von OEM-Kameramodulen wie Sincere kann Folgendes anpassen:
Durchmesser – Von 1,5 mm bis 8 mm.
Kabellänge – Von 10 cm bis 3 m.
Objektivparameter – Sichtfeld (60° bis 140°), Arbeitsabstand (Makro bis unendlich).
Schnittstelle – USB (UVC), MIPI oder analog.
Ein OEM-Kameramodul für ein medizinisches Endoskop erfordert außerdem biokompatible Materialien und Sterilisationstoleranz.
Angenommen, Sie benötigen ein kostengünstiges Ultraminiatur-USB-Kameramodul für die Fahrzeuginspektion. Die Designoptionen:
Sensor: OV9732 (720p, 1/9″, Bare Die) – erschwinglich und klein.
Linse: Einzelne asphärische Kunststofflinse, 90° FOV, fester Fokus bei 30 mm.
Montage: COB auf FPC, aktive Ausrichtung.
Kabel: 1,5 m langes USB 2.0 mit umspritzter Zugentlastung.
Gehäuse: Edelstahlrohr, Schutzart IP67.
Ausgang: UVC-konform, Plug-and-Play.
Dieses Modul hätte einen Spitzendurchmesser von etwa 4 mm.
Ein High-End-Kameramodul für medizinische Endoskope erfordert:
Sensor: Sony IMX415 Bare Chip (8 MP, 1/2,8″).
Objektiv: 5-Element-Glaslinse, 110° FOV, fester Fokus.
Bestückung: COB auf Starrflex-Leiterplatte, aktive Ausrichtung.
Kabel: MIPI CSI-2 über abgeschirmtes Koaxialbündel (kurz, <30 cm) zu einer separaten DSP-Karte.
Gehäuse: Titanrohr, biokompatibel, IP68.
Sterilisation: Autoklavenkompatibel.
Der Durchmesser wird etwa 5–6 mm betragen – größer als die 720p-Version, aber für eine 4K-Auflösung geeignet.
Bildqualität vs. Größe – Kleinere Sensoren haben kleinere Pixel, die weniger Licht einfangen. Ein 720p-Kameramodul mit 1,4-µm-Pixeln ist lauter als ein 1080p-Modul mit 2,0-µm-Pixeln, letzteres erfordert jedoch eine größere Spitze.
Wärmeableitung – Ein 4K-Endoskopkameramodul erzeugt mehr Wärme. In einem dicht verschlossenen 4-mm-Rohr kann Hitze das Bild verschlechtern oder den Sensor beschädigen. Lassen Sie die LEDs pulsieren und reduzieren Sie die Bildrate, um die Wärme zu regulieren.
Ausbeute – Ultraminiatur-COB-Baugruppen haben eine höhere Ausschussrate als Standard-SMT. Erwarten Sie eine Lernkurve.
Die Entwicklung von Ultraminiatur-Kameramodulen erfordert ein tiefes Verständnis der Sensorverpackung (Bare Die, COB), der Mikrooptik, der aktiven Ausrichtung und der wasserdichten Abdichtung. Der Modulkamerasensor bestimmt den minimal erreichbaren Durchmesser, während die Komplexität des Objektivs die Bildqualität bestimmt. Für ein einfaches 720p-Kameramodul reichen eine einzelne asphärische Kunststofflinse und ein kleiner Sensor wie der OV9732. Für ein 4K-Endoskopkameramodul sind eine Mehrelement-Glaslinse und ein größerer Sensor (z. B. IMX415) erforderlich, wodurch der Spitzendurchmesser vergrößert wird. Mit einem OEM-Kameramodul-Ansatz können Sie jeden Aspekt – Durchmesser, Kabellänge, Sichtfeld und Schnittstelle – an Ihre spezifische Anwendung anpassen, unabhängig davon, ob es sich um ein medizinisches Einwegendoskop oder ein industrielles Endoskop handelt. Wenn Sie ein USB-Kameramodul mit Ultraminiaturabmessungen benötigen, gelten die gleichen Prinzipien, aber die Schnittstelle ist auf UVC über USB vereinfacht.
Bei Sincere entwickeln und fertigen wir Ultraminiatur-Kameramodule für medizinische, industrielle und Verbraucheranwendungen. Kontaktieren Sie uns, um Ihr Endoskop-Kameramodul-Projekt zu besprechen.
