Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-06-04 Origen: Sitio
Un módulo de cámara endoscópica está diseñado para ver donde los ojos no pueden llegar: dentro de una articulación humana, un motor a reacción o una tubería de plomería. La lente en la punta del visor es la parte más crítica. En espacios ultrapequeños (diámetros de 2 a 5 mm o incluso menos), diseñar una lente que capture una imagen nítida, amplia y bien iluminada es un serio desafío óptico. Este artículo explica cómo funcionan las lentes de las cámaras de endoscopios en entornos tan reducidos y cómo los diferentes tipos de módulos (desde un módulo de mini cámara para uso médico hasta un módulo de cámara USB para boroscopios industriales) lo logran.
La lente de una cámara típica para un teléfono inteligente tiene entre 5 y 8 mm de diámetro. En un endoscopio, todo el conjunto de la cámara debe caber en un tubo que suele ser más pequeño que un grano de arroz. Esto significa:
La lente debe ser extremadamente pequeña, a veces tan pequeña como 0,6 mm de diámetro.
El número de elementos de la lente es limitado (a menudo sólo una o dos piezas de vidrio o plástico).
La lente debe tener una distancia focal muy corta para poder ver objetos que se encuentran a sólo unos pocos milímetros de distancia.
La profundidad de campo debe ser grande para que los objetos de 3 mm a 50 mm aparezcan nítidos sin enfoque automático.
La lente debe estar sellada contra líquidos y esterilización (para uso médico).
Para lograr un campo de visión amplio (normalmente de 90° a 140°) y suficiente profundidad de campo, las lentes de endoscopio utilizan una o una combinación de las siguientes técnicas:
Superficies asféricas : una sola lente asférica puede reemplazar dos lentes esféricas, ahorrando espacio y corrigiendo la distorsión y la aberración esférica.
Vidrio o plástico de alto índice : los materiales con un alto índice de refracción desvían más la luz, lo que permite una distancia focal más corta y una lente más pequeña.
Óptica a nivel de oblea : se graban cientos de lentes diminutas en una oblea de vidrio y luego se cortan en cubitos. Se utiliza para endoscopios desechables.
Lente compuesta : dos o tres elementos de lente pequeños apilados (por ejemplo, una lente frontal negativa y una lente trasera positiva) para mejorar la calidad de la imagen manteniendo el diámetro pequeño.
La lente enfoca la luz en un sensor del módulo de cámara CMOS. En un módulo de cámara de endoscopio típico, el sensor también es muy pequeño, a menudo de 1/9″ a 1/6″ (alrededor de 1,5 a 3 mm de diagonal). La lente proyecta un círculo de imagen que coincide con el área activa del sensor. Debido a que la lente tiene un enfoque fijo, está configurada a una distancia hiperfocal. Todo, desde la mitad de esa distancia hasta el infinito, es aceptablemente nítido. Por ejemplo, una lente configurada en 15 mm mantendrá enfocados objetos desde 8 mm hasta el infinito.
El sensor convierte la luz en señales eléctricas. En un módulo de cámara CMOS moderno, la tecnología de retroiluminación (BSI) mejora la sensibilidad, compensando la pequeña apertura.
Módulo de mini cámara (médico o industrial) : un módulo de mini cámara para un endoscopio desechable (por ejemplo, de 2 mm de diámetro) utiliza una única lente asférica de plástico. La lente se pega directamente al sensor mediante alineación activa. La distancia de trabajo es fija, normalmente de 5 a 20 mm para uso médico. No hay enfoque automático; la gran profundidad de campo cubre el rango necesario.
Módulo de cámara USB (boroscopio de consumo) : un módulo de cámara USB para inspección de viviendas suele tener una punta de 5,5 mm de diámetro con una lente de vidrio de tres elementos. Puede incluir un anillo de LED blancos alrededor de la lente. La lente es de enfoque fijo y está ajustada a una distancia de trabajo de aproximadamente 30 a 100 mm. La imagen se transmite a través de USB 2.0 y el módulo de cámara UVC estándar la hace plug-and-play.
Módulo de cámara OEM (diseño personalizado) : para aplicaciones especializadas, se puede diseñar un módulo de cámara OEM con una lente personalizada. Por ejemplo, una lente con un campo de visión muy amplio (140°) para la inspección de tuberías o una lente macro para inspeccionar pequeños dispositivos electrónicos. El proveedor OEM selecciona el material de la lente (vidrio para mayor durabilidad, plástico para mayor costo), la cantidad de elementos y el recubrimiento (antirreflectante, hidrofóbico).
Módulo de cámara UVC : un módulo de cámara UVC es esencialmente un módulo de cámara USB que sigue el estándar USB Video Class. Las características de la lente son las mismas, pero el firmware informa resolución y velocidades de cuadros compatibles. El usuario no necesita instalar ningún controlador.
En todos los endoscopios, excepto en los más baratos, la lente no se atornilla simplemente a un soporte. En cambio, el fabricante utiliza un proceso de alineación activo :
El sensor está encendido y muestra un gráfico de prueba.
La lente se mueve en seis ejes (X, Y, Z, inclinación, cabeceo, guiñada) mediante un manipulador robótico.
El software analiza la nitidez y el centrado de la imagen.
Una vez que se encuentra la posición óptima, la lente se fija con un adhesivo de curado UV.
La alineación activa compensa pequeñas tolerancias mecánicas en el soporte de la lente y la ubicación del sensor. Sin él, la imagen quedaría borrosa por un lado o el enfoque estaría desviado. Este proceso es fundamental tanto para un módulo de mini cámara para un endoscopio de 2 mm como para un boroscopio industrial 4K.
En un espacio ultrapequeño no hay lugar para la iluminación exterior. Por tanto, el módulo de cámara del endoscopio incluye sus propios LED colocados alrededor de la lente. Los LED deben colocarse de modo que:
No crean sombra en el cilindro del objetivo.
La luz se dirige hacia adelante (o hacia los lados con un prisma).
La iluminación es uniforme en todo el campo de visión.
El propio cilindro de la lente puede tener un diseño biselado o empotrado para permitir que los LED se coloquen más cerca del eje óptico, lo que reduce los puntos oscuros.
Considere un ureteroscopio desechable. El diámetro de la punta es de 2 mm. En su interior se encuentra:
Una única lente asférica de plástico de 1,4 mm de diámetro.
Un sensor CMOS de 1/9″ (400×400 píxeles).
Dos chips LED blancos a los lados de la lente.
Un circuito flexible que se conecta al cable.
La lente tiene una distancia focal de 1,2 mm, lo que proporciona un campo de visión de 90°. La distancia de trabajo es de 3 a 15 mm. La imagen es suave en los bordes (distorsión en barril), pero es aceptable para ver un cálculo renal. Todo el conjunto está encapsulado con epoxi para impermeabilización y esterilización.
Las lentes de las cámaras de endoscopios para espacios ultrapequeños se basan en pequeñas ópticas asféricas, fabricación a nivel de oblea y alineación activa para producir una imagen nítida. La lente funciona junto con un sensor de módulo de cámara CMOS y, a menudo, todo el conjunto se empaqueta en un módulo de mini cámara para uso médico o industrial. Para aplicaciones de consumo, un módulo de cámara USB compatible con el módulo de cámara UVC proporciona una solución plug-and-play con una lente de enfoque fijo. Para productos personalizados, un módulo de cámara OEM permite un control total sobre el diseño de la lente, la distancia de trabajo y el sellado.
Comprender cómo funcionan estas pequeñas lentes le ayudará a elegir el módulo de cámara endoscópica adecuado para su aplicación, ya sea que necesite ver el interior de un vaso sanguíneo, el álabes de una turbina o un desagüe doméstico.
Si necesita un módulo de cámara para endoscopio personalizado, desde un módulo de mini cámara hasta un módulo de cámara USB de alta resolución, comuníquese con Sincere. Diseñamos y fabricamos módulos de cámara OEM con óptica de precisión y alineación activa.
