Ποιοι αισθητήρες χρησιμοποιούνται στις σύγχρονες κάμερες ενδοσκοπίου;

Εισαγωγή
Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου είναι τόσο καλή όσο ο αισθητήρας μέσα της. Ο αισθητήρας μετατρέπει το φως σε ηλεκτρονικό σήμα, επηρεάζοντας την ευκρίνεια, το χρώμα και την απόδοση σε χαμηλό φωτισμό. Τα παλαιότερα ενδοσκόπια χρησιμοποιούσαν αισθητήρες CCD, αλλά τα σημερινά σχέδια βασίζονται σχεδόν εξ ολοκλήρου στην τεχνολογία CMOS Camera Module . Αυτό το άρθρο εξετάζει τους κοινούς αισθητήρες στις σύγχρονες κάμερες ενδοσκοπίου – από τα μικροσκοπικά τσιπ που επιτρέπουν τη σχεδίαση μικρών μονάδων κάμερας έως τους αισθητήρες υψηλής ανάλυσης στα προϊόντα της μονάδας κάμερας ενδοσκοπίου USB .

Γιατί οι αισθητήρες CCD CMOS Replaced
ήταν κάποτε το πρότυπο επειδή είχαν χαμηλό θόρυβο και καλή ποιότητα. Τώρα, οι αισθητήρες CMOS Camera Module κυριαρχούν για διάφορους λόγους:

• Χαμηλότερη ισχύς – σημαντική για φορητές συσκευές χειρός που τροφοδοτούνται από μπαταρίες.

• Υψηλότερη ενοποίηση – οι ADC στο chip και ο χρονισμός μειώνουν τα εξωτερικά μέρη.

• Ταχύτερη ανάγνωση – υποστηρίζει υψηλούς ρυθμούς καρέ και λιγότερο θάμπωμα κίνησης.

• Μικρότερο μέγεθος – επιτρέπει σχέδια μικρών μονάδων κάμερας κάτω από 3 mm.

Κοινά μεγέθη και αναλύσεις αισθητήρων

Μια μονάδα κάμερας αισθητήρα πρέπει να εξισορροπεί τον αριθμό των pixel, το μέγεθος των pixel (ευαισθησία στο φως) και τη συνολική διάμετρο. Ένας αισθητήρας 1/9' με εικονοστοιχεία 1,4 μm ταιριάζει σε άκρη 1,5 mm, αλλά η απόδοση σε χαμηλό φωτισμό είναι κακή. Ένας αισθητήρας 1/3″ 1080p (π.χ. Sony IMX290) έχει 2,9 μm pixel – μεγάλη ευαισθησία – αλλά η άκρη αυξάνεται στα 5-6 mm.

Δημοφιλείς οικογένειες αισθητήρων

1. Sony IMX Series (Starvis / Starvis 2)
Οι αισθητήρες Sony IMX είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι στα επαγγελματικά ενδοσκόπια. Η τεχνολογία οπίσθιου φωτισμού (BSI) ενισχύει την ευαισθησία σε χαμηλό φωτισμό – κρίσιμη όταν ο φωτισμός LED είναι περιορισμένος. Συνηθισμένα μοντέλα:

• IMX290 – 2,1 MP (1080p), 1/2,8″, 2,9 μm pixel. Εξαιρετικός χαμηλός φωτισμός. Χρησιμοποιείται σε λαπαροσκόπια και βοροσκόπια.

• IMX307 – 2,1 MP, 1/2,8″, παρόμοιο με το IMX290 με διαφορετικές επιλογές εξόδου. Δημοφιλές σε προϊόντα μονάδας κάμερας ενδοσκοπίου USB .

• IMX415 – 8 MP (4K), 1/2,8″, 1,45 μm pixel. Χρησιμοποιείται σε ενδοσκόπια υψηλής ποιότητας 4K.

2. Ιατρικοί αισθητήρες OmniVision
Η OmniVision κατασκευάζει πολύ μικρούς αισθητήρες για μίας χρήσης και μικροενδοσκόπηση. Η OV6948 είναι μια πλήρης μονάδα μικρής κάμερας – ένα τσιπ 0,65 mm × 0,65 mm με ενσωματωμένο φακό, κατάλληλο για αιμοφόρα αγγεία και δακρυϊκούς πόρους. Άλλα μοντέλα:

• OV9732 – 1/9″, 720p, για εξαιρετικά λεπτά σκοπευτικά.

• OV2740 – 1080p, που χρησιμοποιείται σε ορισμένα επαναχρησιμοποιήσιμα ενδοσκόπια.

3. Άλλοι κατασκευαστές (ST, ON Semi, GalaxyCore)
Λιγότερο συνηθισμένοι, αλλά βρίσκονται σε φθηνότερους ή εξειδικευμένους τομείς. Για παράδειγμα, το σφαιρικό κλείστρο VD56G3 της ST χρησιμοποιείται σε βιομηχανικά οπίσθια, όπου πρέπει να αφαιρεθεί το θάμπωμα κίνησης.

Βασικά χαρακτηριστικά αισθητήρα για ενδοσκόπηση

• Παγκόσμιο κλείστρο έναντι ρολού – Το ρολό είναι συνηθισμένο (καλύτερα χαμηλό φωτισμό, χαμηλότερο κόστος). Για γρήγορη κίνηση, προτιμάται το καθολικό κλείστρο.

• Υψηλό δυναμικό εύρος (HDR) – Απαραίτητο για σκηνές με φωτεινές αντανακλάσεις και σκοτεινές σκιές. Πολλοί αισθητήρες Sony IMX έχουν κλιμακωτό HDR.

• Χαμηλό σκοτεινό ρεύμα – Μειώνει τον θόρυβο κατά τη διάρκεια μακρών εκθέσεων.

• Με οπίσθιο φωτισμό (BSI) – Σχεδόν όλοι οι σύγχρονοι αισθητήρες ενδοσκοπίου χρησιμοποιούν BSI για καλύτερη σύλληψη φωτός.

Πώς οι αισθητήρες χωρούν σε μια μικρή μονάδα
αισθητήρα κάμερας επηρεάζει το μέγεθος:

• CSP (Chip Scale Package) – Αισθητήρας σε μικρή πλαστική ή κεραμική συσκευασία με μπάλες συγκόλλησης. Εύκολο στη συναρμολόγηση αλλά προσθέτει πάχος.

• COB (Chip on Board) – Γυμνό καλούπι κολλημένο απευθείας στο PCB και συνδεδεμένο με καλώδιο. Χωρίς συσκευασία – η πιο λεπτή μονάδα κάμερας . Το COB προτιμάται για ενδοσκόπια κάτω των 5 mm.

Μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου USB – Επιλογές αισθητήρα
Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου USB συνδέεται σε υπολογιστή ή smartphone. Οι περισσότεροι χρησιμοποιούν αισθητήρες 1080p (2 MP), όπως το Sony IMX307 ή το OmniVision OV2710. Αυτά επιλέγονται γιατί:

• Λειτουργούν καλά με γέφυρες UVC (USB Video Class).

• Η απόδοση σε χαμηλό φωτισμό είναι αποδεκτή για γενική επιθεώρηση.

• Είναι οικονομικά αποδοτικά.

Για ενδοσκόπια USB προηγμένης τεχνολογίας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας αισθητήρας 4K όπως ο IMX415, αλλά αυτό απαιτεί USB 3.0 και ένα πιο ακριβό τσιπ γέφυρας.

Ανταλλαγή: Μικρό έναντι ικανού
Μια μικρή μονάδα κάμερας (άκρο κάτω από 3 mm) δεν μπορεί να χωρέσει αισθητήρα 1/3'. Οι σχεδιαστές πρέπει να αποδέχονται χαμηλότερη ανάλυση (720p ή VGA) και χειρότερη ευαισθησία σε χαμηλό φωτισμό. Σε αντάλλαγμα, αποκτούν πρόσβαση σε πολύ στενούς χώρους – όπως ένα αιμοφόρο αγγείο ή ένα μικροσκοπικό μπεκ ψεκασμού καυσίμου.

Ενότητες κάμερας ενδοσκοπίου της Sincere
Στη Sincere, προσφέρουμε σχέδια μονάδων κάμερας ενδοσκοπίου με πολλές επιλογές αισθητήρων:

• Μικρή μονάδα κάμερας – έως 1,5 mm διάμετρος χρησιμοποιώντας αισθητήρες OV6948 ή μεγαλύτερους για μεγαλύτερες άκρες.

• Μονάδα κάμερας CMOS – Sony IMX307, IMX415, OmniVision OV9732 και άλλα.

• Μονάδα κάμερας αισθητήρα – προσαρμοσμένη επιλογή και συσκευασία αισθητήρα (CSP ή COB).

• Μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου USB – μοντέλα 1080p και 4K, συμβατή με UVC.

Περίληψη
Οι σύγχρονες κάμερες ενδοσκοπίου χρησιμοποιούν αισθητήρες CMOS Camera Module σχεδόν αποκλειστικά. Δημοφιλείς οικογένειες είναι το Sony IMX (εξαιρετικό χαμηλό φωτισμό) και το OmniVision (πολύ μικρό). Το μέγεθος του αισθητήρα – από 1/9″ έως 1/3″ – καθορίζει τη διάμετρο του άκρου και την ποιότητα της εικόνας. Μια μικρή μονάδα κάμερας με αισθητήρα 1/9″ ταιριάζει σε μικροσκοπικούς χώρους αλλά θυσιάζει τη λεπτομέρεια και την ευαισθησία. Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου USB χρησιμοποιεί συνήθως έναν αισθητήρα 1/2,8″ 1080p για καλή ισορροπία απόδοσης και κόστους. Η κατανόηση των επιλογών της μονάδας κάμερας αισθητήρα σάς βοηθά να επιλέξετε το σωστό πεδίο για τις ιατρικές ή βιομηχανικές σας ανάγκες.

Επικοινωνήστε με την Sincere για να συζητήσετε τις απαιτήσεις του αισθητήρα της μονάδας κάμερας ενδοσκοπίου .