¿Qué sensores se utilizan en las cámaras endoscópicas modernas?

Introducción
Un módulo de cámara para endoscopio es tan bueno como el sensor que contiene. El sensor convierte la luz en una señal electrónica, lo que afecta la nitidez, el color y el rendimiento en condiciones de poca luz. Los endoscopios más antiguos utilizaban sensores CCD, pero los diseños actuales se basan casi por completo en la tecnología del módulo de cámara CMOS . Este artículo analiza los sensores comunes en las cámaras para endoscopios modernas, desde los pequeños chips que permiten diseños de módulos de cámara pequeños hasta los sensores de alta resolución en los productos de módulos de cámara para endoscopios USB .

Por qué CMOS reemplazó al CCD
Los sensores CCD alguna vez fueron el estándar porque tenían poco ruido y buena calidad. Ahora, los sensores del módulo de cámara CMOS dominan por varias razones:

• Menor potencia: importante para los osciloscopios portátiles que funcionan con baterías.

• Mayor integración: los ADC en chip y la sincronización reducen las piezas externas.

• Lectura más rápida: admite altas velocidades de fotogramas y menos desenfoque de movimiento.

• Tamaño más pequeño: permite diseños de módulos de cámara pequeños de menos de 3 mm.

Tamaños y resoluciones de sensores comunes

Un módulo de cámara con sensor debe equilibrar el número de píxeles, el tamaño de los píxeles (sensibilidad a la luz) y el diámetro general. Un sensor de 1/9″ con píxeles de 1,4 µm se adapta a una punta de 1,5 mm, pero el rendimiento en condiciones de poca luz es deficiente. Un sensor de 1/3″ 1080p (por ejemplo, Sony IMX290) tiene píxeles de 2,9 µm (gran sensibilidad), pero la punta crece hasta 5‑6 mm.

Familias de sensores populares

1. Serie Sony IMX (Starvis / Starvis 2)
Los sensores Sony IMX son los más utilizados en endoscopios profesionales. La tecnología de retroiluminación (BSI) aumenta la sensibilidad en condiciones de poca luz, algo fundamental cuando la iluminación LED es limitada. Modelos comunes:

• IMX290 – 2,1 MP (1080p), 1/2,8″, píxeles de 2,9 µm. Excelente condiciones de poca luz. Utilizado en laparoscopios y boroscopios.

• IMX307 – 2.1 MP, 1/2.8″, similar al IMX290 con diferentes opciones de salida. Popular en productos de módulo de cámara de endoscopio USB .

• IMX415 – 8 MP (4K), 1/2,8″, píxeles de 1,45 µm. Utilizado en endoscopios 4K de alta gama.

2. Sensores médicos OmniVision
OmniVision fabrica sensores muy pequeños para microendoscopia y desechables. El OV6948 es un módulo de cámara pequeño y completo : un chip de 0,65 mm × 0,65 mm con lente integrada, adecuado para vasos sanguíneos y conductos lagrimales. Otros modelos:

• OV9732 – 1/9″, 720p, para miras ultrafinas.

• OV2740 – 1080p, utilizado en algunos endoscopios reutilizables.

3. Otros fabricantes (ST, ON Semi, GalaxyCore)
Menos comunes pero se encuentran en ámbitos especializados o de menor costo. Por ejemplo, el obturador global VD56G3 de ST se utiliza en boroscopios industriales donde se debe eliminar el desenfoque de movimiento.

Características clave del sensor para endoscopia

• Persiana global versus persiana enrollable : la persiana enrollable es común (mejor con poca luz, menor costo). Para movimientos rápidos, se prefiere el obturador global.

• Alto rango dinámico (HDR) : esencial para escenas con reflejos brillantes y sombras oscuras. Muchos sensores Sony IMX tienen HDR escalonado.

• Corriente oscura baja : reduce el ruido durante exposiciones prolongadas.

• Retroiluminado (BSI) : casi todos los sensores de endoscopio modernos utilizan BSI para una mejor captura de la luz.

Cómo encajan los sensores en un módulo de cámara pequeño
El embalaje del sensor afecta el tamaño:

• CSP (paquete de escala de chip) : sensor en un pequeño paquete de plástico o cerámica con bolas de soldadura. Fácil de montar pero añade grosor.

• COB (Chip on Board) : matriz desnuda pegada directamente a la PCB y unida por cables. 'Sin paquete: el módulo de cámara pequeño más delgado '. Se prefiere COB para endoscopios de menos de 5 mm.

Módulo de cámara endoscópica USB: opciones de sensores
Un módulo de cámara endoscópica USB se conecta a una computadora o teléfono inteligente. La mayoría utiliza sensores de 1080p (2 MP) como el Sony IMX307 o el OmniVision OV2710. Estos se eligen porque:

• Funcionan bien con puentes UVC (USB Video Class).

• El rendimiento con poca luz es aceptable para inspección general.

• Son rentables.

Para endoscopios USB de alta gama, se puede usar un sensor 4K como el IMX415, pero eso requiere USB 3.0 y un chip puente más caro.

Compensaciones: pequeño versus capaz
Un módulo de cámara pequeño (punta de menos de 3 mm) no puede caber en un sensor de 1/3”. Los diseñadores deben aceptar una resolución más baja (720p o VGA) y una peor sensibilidad con poca luz. A cambio, obtienen acceso a espacios muy estrechos, como un vaso sanguíneo o un pequeño inyector de combustible.

Módulos de cámara para endoscopios de Sincere
En Sincere, ofrecemos diseños de módulos de cámaras para endoscopios con muchas opciones de sensores:

• Módulo de cámara pequeño : hasta 1,5 mm de diámetro usando sensores OV6948 o más grandes para puntas más grandes.

• Módulo de cámara CMOS : Sony IMX307, IMX415, OmniVision OV9732 y otros.

• Módulo de cámara con sensor : selección y empaquetado de sensores personalizados (CSP o COB).

• Módulo de cámara endoscópica USB : modelos 1080p y 4K, compatible con UVC.

Resumen
Las cámaras endoscópicas modernas utilizan sensores de módulo de cámara CMOS casi exclusivamente. Las familias más populares son Sony IMX (excelente para condiciones de poca luz) y OmniVision (ultrapequeño). El tamaño del sensor (de 1/9″ a 1/3″) determina el diámetro de la punta y la calidad de la imagen. Un pequeño módulo de cámara con un sensor de 1/9 ″ se adapta a espacios pequeños pero sacrifica detalles y sensibilidad. Un módulo de cámara de endoscopio USB normalmente utiliza un sensor de 1/2,8 ″ 1080p para lograr un buen equilibrio entre rendimiento y costo. Comprender las opciones del módulo de cámara con sensor le ayudará a elegir el visor adecuado para sus necesidades médicas o industriales.

Comuníquese con Sincere para analizar los requisitos del sensor del módulo de cámara de su endoscopio .