Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-05-30 Origen: Sitio
Los módulos de cámara ultraminiatura son los ojos ocultos dentro de endoscopios médicos, boroscopios industriales, dispositivos portátiles e incluso microdrones. Diseñar una cámara que encaje en un tubo de 2 mm de diámetro y al mismo tiempo proporcione imágenes nítidas y con colores precisos es un serio desafío de ingeniería. En este artículo, explicamos los pasos clave y las compensaciones involucradas en el diseño de módulos de cámara ultraminiatura, desde la selección del sensor de la cámara del módulo hasta el ensamblaje del producto final.
Un módulo de cámara se considera 'ultraminiatura' cuando su diámetro exterior es inferior a 4 mm y, a menudo, tan pequeño como entre 1 mm y 2 mm. Estos módulos se utilizan normalmente en aplicaciones de módulos de cámara para endoscopios, donde la punta debe navegar por vasos sanguíneos estrechos, conductos lagrimales o pequeños componentes del motor. A pesar del tamaño, es posible que necesiten reproducir vídeo de 720p, 1080p o incluso 4K.
Características clave de un diseño ultraminiatura:
Cilindro de lente extremadamente pequeño (a menudo de vidrio o plástico hecho a medida).
Sensor desnudo ensamblado con tecnología Chip-on-Board (COB).
Circuito impreso flexible (FPC) en lugar de PCB rígido.
Iluminación LED integrada alrededor de la lente.
Sellado impermeable (IP67/IP68) para uso médico o industrial.
El sensor es el corazón de cualquier cámara. Para diseños ultraminiatura, no se puede utilizar un sensor empaquetado estándar. En su lugar, necesita un troquel desnudo que pueda conectarse mediante cables directamente al circuito flexible. Las opciones comunes incluyen:
OmniVision OV6948: un sensor de 0,65 mm × 0,65 mm con lente integrada, utilizado en endoscopios desechables.
Sony IMX290 (versión simple): sensor de 1/2,8″, mucho más grande, pero aún posible en una punta de 4‑5 mm.
Para una resolución más alta, un módulo de cámara de endoscopio 4k puede usar un troquel desnudo Sony IMX415, pero esto aumenta el diámetro de la punta a aproximadamente 4 mm.
Para un módulo de cámara básico de 720p, los sensores como el OV9732 (1/9″) son populares. El sensor de la cámara del módulo determina el diámetro mínimo posible, así que elija el troquel más pequeño que cumpla con sus requisitos de resolución y poca luz.
En lugar de una PCB rígida, los módulos ultraminiatura utilizan un circuito impreso flexible (FPC). El FPC está diseñado para envolver el sensor y el soporte de la lente, ahorrando espacio. La matriz desnuda del sensor se conecta al FPC mediante Chip-on-Board (COB) : tecnología
El troquel se pega al FPC con epoxi.
Los cables dorados están unidos desde las almohadillas del sensor a las pistas de FPC.
Una tapa globular (epoxi) protege los cables.
COB elimina el paquete de sensores, lo que reduce la altura hasta en 1 mm, algo fundamental cuando el espesor total es de solo 2 mm.
La lente debe ser tan pequeña como el sensor. Para módulos ultraminiatura, hay dos opciones:
Óptica a nivel de oblea (WLO) : las lentes se graban en una oblea de vidrio y luego se cortan en cubitos. Estos pueden tener un diámetro tan pequeño como 0,6 mm.
Lentes esféricas de vidrio de precisión : pequeñas lentes esféricas que se pegan a un soporte de metal o plástico.
Para un módulo de cámara de 720p, una sola lente asférica de plástico puede ser suficiente. Para un módulo de cámara de endoscopio 4k, necesita una lente de vidrio de elementos múltiples para resolver el alto nivel de detalle; esto aumenta el diámetro de la punta.
La lente debe colocarse directamente sobre el sensor. La distancia focal y la distancia de trabajo son fijas; El enfoque automático es casi imposible a esta escala.
Incluso un cambio de 10 micrones entre la lente y el sensor arruinará la imagen. Por lo tanto, durante el montaje, la lente se coloca activamente : mientras el sensor está activo, la lente se mueve en X, Y, Z, inclinación y rotación mientras el software analiza la nitidez. Una vez que se encuentra la posición óptima, la lente se pega en su lugar con un adhesivo de curado UV. Este paso de alineación activa es obligatorio para cualquier módulo de cámara de endoscopio que busque una calidad constante.
La mayoría de los módulos de cámara para endoscopios incluyen uno o más LED pequeños alrededor de la lente. Los LED también son chips (chips) montados directamente en el FPC. Están conectados en serie o en paralelo y, a menudo, están cubiertos con un epoxi transparente. Los LED deben colocarse lo más cerca posible de la lente para evitar sombras.
El FPC se extiende desde el cabezal de la cámara hasta un conector. Para un módulo de cámara USB, el FPC puede terminar en un enchufe USB o en un conector ZIF en miniatura. Para un sistema integrado, el cable podría transportar señales MIPI CSI-2. La longitud del cable está limitada por la integridad de la señal; para MIPI, manténgalo por debajo de 30 cm; para USB es posible hasta 3 m.
El punto de entrada del cable debe sellarse con epoxi o una funda sobremoldeada para evitar la entrada de fluido (IP67/IP68).
Para uso médico o industrial, el cabezal de la cámara debe ser resistente al agua. Todo el conjunto (sensor, cables, soporte de lente) está recubierto con epoxi o silicona de grado médico. La ventana de la lente permanece expuesta. El sellado se prueba mediante inmersión o caída de presión.
Cada módulo de cámara ultraminiatura se somete a:
Pruebas ópticas : resolución (MTF), campo de visión, distorsión y profundidad de campo.
Detección de píxeles defectuosos : mapeo y corrección de píxeles muertos.
Calibración del balance de blancos : para garantizar un color uniforme en todos los módulos.
Prueba de impermeabilidad : si se especifica.
Para un módulo de cámara endoscópica 4k, el equipo de prueba debe tener una resolución suficiente para verificar la nitidez 4K.
A menudo, un módulo estándar no se adapta a un producto específico. Un fabricante de módulos de cámara OEM como Sincere puede personalizar:
Diámetro – Desde 1,5 mm hasta 8 mm.
Longitud del cable – De 10 cm a 3 m.
Parámetros de la lente : campo de visión (60° a 140°), distancia de trabajo (macro a infinito).
Interfaz : USB (UVC), MIPI o analógica.
Un módulo de cámara OEM para un endoscopio médico también requerirá materiales biocompatibles y tolerancia a la esterilización.
Supongamos que necesita un módulo de cámara USB ultraminiatura de bajo costo para la inspección de automóviles. Las opciones de diseño:
Sensor: OV9732 (720p, 1/9″, matriz simple): asequible y pequeño.
Lente: Asférica de plástico simple, 90° FOV, enfoque fijo a 30 mm.
Montaje: COB sobre FPC, alineación activa.
Cable: USB 2.0 de 1,5 m de longitud con protección contra tirones sobremoldeada.
Carcasa: Tubo de acero inoxidable, clasificación IP67.
Salida: compatible con UVC, plug-and-play.
Este módulo tendría un diámetro de punta de aproximadamente 4 mm.
Un módulo de cámara endoscópica médica de alta gama requiere:
Sensor: Sony IMX415 desnudo (8 MP, 1/2,8″).
Lente: lente de cristal de 5 elementos, campo de visión de 110°, enfoque fijo.
Montaje: COB sobre PCB rígido-flex, alineación activa.
Cable: MIPI CSI‑2 sobre haz coaxial blindado (corto, <30 cm) a una placa DSP separada.
Carcasa: Tubo de titanio, biocompatible, IP68.
Esterilización: Compatible con autoclave.
El diámetro será de alrededor de 5 a 6 mm, más grande que la versión de 720p, pero con capacidad de resolución 4K.
Calidad de imagen frente a tamaño : los sensores más pequeños tienen píxeles más pequeños, que capturan menos luz. Un módulo de cámara de 720p con píxeles de 1,4 µm será más ruidoso que un módulo de 1080p con píxeles de 2,0 µm, pero este último requiere una punta más grande.
Disipación de calor : un módulo de cámara de endoscopio 4k genera más calor. En un tubo de 4 mm herméticamente cerrado, el calor puede degradar la imagen o dañar el sensor. Pulse los LED y reduzca la velocidad de cuadros para controlar el calor.
Rendimiento : el conjunto COB ultraminiatura tiene una tasa de rechazo más alta que el SMT estándar. Espere una curva de aprendizaje.
El diseño de módulos de cámara ultraminiatura requiere un conocimiento profundo del embalaje del sensor (matriz desnuda, COB), la microóptica, la alineación activa y el sellado impermeable. El sensor de la cámara del módulo determina el diámetro mínimo alcanzable, mientras que la complejidad de la lente dicta la calidad de la imagen. Para un módulo de cámara básico de 720p, basta con una única lente asférica de plástico y un sensor pequeño como el OV9732. Para un módulo de cámara de endoscopio 4k, se necesitan una lente de vidrio de elementos múltiples y un sensor más grande (por ejemplo, IMX415), lo que aumenta el diámetro de la punta. Un enfoque de módulo de cámara OEM le permite personalizar cada aspecto (diámetro, longitud del cable, campo de visión e interfaz) para adaptarse a su aplicación específica, ya sea un endoscopio médico desechable o un boroscopio industrial. Si necesita un módulo de cámara USB con dimensiones ultraminiatura, se aplican los mismos principios, pero la interfaz se simplifica a UVC a través de USB.
En Sincere, diseñamos y fabricamos módulos de cámara ultraminiatura para aplicaciones médicas, industriales y de consumo. Contáctenos para discutir su proyecto de módulo de cámara para endoscopio.
