Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-05-30 Origine : Site
Les modules de caméra ultraminiatures sont les yeux cachés des endoscopes médicaux, des endoscopes industriels, des appareils portables et même des microdrones. Concevoir une caméra qui s'insère dans un tube de 2 mm de diamètre tout en fournissant des images nettes et aux couleurs précises constitue un défi d'ingénierie de taille. Dans cet article, nous expliquons les étapes et les compromis clés impliqués dans la conception de modules de caméra ultraminiatures, de la sélection du capteur de caméra du module à l'assemblage du produit final.
Un module de caméra est considéré comme « ultra miniature » lorsque son diamètre extérieur est inférieur à 4 mm, et souvent aussi petit que 1 mm à 2 mm. De tels modules sont généralement utilisés dans les applications de modules de caméra d'endoscope, où la pointe doit naviguer dans des vaisseaux sanguins étroits, des conduits lacrymaux ou de minuscules composants de moteur. Malgré leur taille, ils devront peut-être produire des vidéos 720p, 1080p ou même 4K.
Principales caractéristiques d’un design ultraminiature :
Barillet d'objectif extrêmement petit (souvent en verre ou en plastique sur mesure).
Capteur nu assemblé avec la technologie Chip-on-Board (COB).
Circuit imprimé flexible (FPC) au lieu d'un PCB rigide.
Éclairage LED intégré autour de la lentille.
Etanchéité (IP67/IP68) pour usage médical ou industriel.
Le capteur est le cœur de toute caméra. Pour les conceptions ultraminiatures, vous ne pouvez pas utiliser un capteur standard. Au lieu de cela, vous avez besoin d'une puce nue qui peut être reliée directement au circuit flexible. Les choix courants incluent :
OmniVision OV6948 – un capteur de 0,65 mm × 0,65 mm avec lentille intégrée, utilisé dans les endoscopes jetables.
Sony IMX290 (version nue) – capteur 1/2,8″, beaucoup plus grand, mais toujours possible dans une pointe de 4 à 5 mm.
Pour une résolution plus élevée, un module de caméra d'endoscope 4K peut utiliser une puce nue Sony IMX415, mais cela augmente le diamètre de la pointe à environ 4 mm.
Pour un module de caméra 720p de base, des capteurs comme le OV9732 (1/9″) sont populaires. Le capteur de la caméra du module détermine le diamètre minimum possible, choisissez donc la plus petite puce qui répond à vos exigences de résolution et de faible luminosité.
Au lieu d'un PCB rigide, les modules ultraminiatures utilisent un circuit imprimé flexible (FPC). Le FPC est conçu pour s'enrouler autour du capteur et du support d'objectif, économisant ainsi de l'espace. La puce nue du capteur est fixée au FPC à l'aide de la technologie Chip-on-Board (COB) :
La matrice est collée sur le FPC avec de l'époxy.
Des fils d'or sont reliés entre les plots du capteur et les traces FPC.
Un dessus global (époxy) protège les fils.
COB élimine le boîtier du capteur, réduisant ainsi la hauteur jusqu'à 1 mm – ce qui est critique lorsque l'épaisseur totale n'est que de 2 mm.
L'objectif doit être aussi petit que le capteur. Pour les modules ultraminiatures, il existe deux options :
Optique au niveau de la tranche (WLO) – Les lentilles sont gravées sur une tranche de verre puis découpées en dés. Ceux-ci peuvent avoir un diamètre aussi petit que 0,6 mm.
Lentilles sphériques en verre de précision – De minuscules lentilles sphériques collées dans un support en métal ou en plastique.
Pour un module caméra 720p, un seul objectif asphérique en plastique peut suffire. Pour un module de caméra d'endoscope 4K, vous avez besoin d'une lentille en verre multi-éléments pour résoudre les détails élevés, ce qui augmente le diamètre de la pointe.
L'objectif doit être placé directement sur le capteur. La distance focale et la distance de travail sont fixes ; l'autofocus est presque impossible à cette échelle.
Même un décalage de 10 microns entre l’objectif et le capteur gâcherait l’image. Par conséquent, lors de l’assemblage, l’objectif est positionné activement : pendant que le capteur est sous tension, l’objectif est déplacé en X, Y, Z, en inclinaison et en rotation pendant que le logiciel analyse la netteté. Une fois la position optimale trouvée, la lentille est collée avec un adhésif durcissant aux UV. Cette étape d’alignement actif est obligatoire pour tout module de caméra d’endoscope visant une qualité constante.
La plupart des modules de caméra d'endoscope comprennent une ou plusieurs petites LED autour de l'objectif. Les LED sont également des puces nues montées directement sur le FPC. Ils sont connectés en série ou en parallèle et souvent recouverts d'un époxy transparent. Les LED doivent être placées le plus près possible de la lentille pour éviter les ombres.
Le FPC s'étend de la tête de la caméra jusqu'à un connecteur. Pour un module de caméra USB, le FPC peut se terminer par une prise USB ou un connecteur ZIF miniature. Pour un système embarqué, le câble peut transporter des signaux MIPI CSI‑2. La longueur du câble est limitée par l'intégrité du signal ; pour MIPI, gardez-le à moins de 30 cm ; pour USB, jusqu'à 3 m est possible.
Le point d'entrée du câble doit être scellé avec de l'époxy ou une gaine surmoulée pour empêcher la pénétration de fluide (IP67/IP68).
Pour un usage médical ou industriel, la tête de caméra doit être étanche. L’ensemble (capteur, fils, support de lentille) est recouvert d’époxy ou de silicone de qualité médicale. La fenêtre de l'objectif reste exposée. L'étanchéité est testée par immersion ou chute de pression.
Chaque module caméra ultraminiature subit :
Tests optiques – Résolution (MTF), champ de vision, distorsion et profondeur de champ.
Détection des pixels défectueux – Cartographie et correction des pixels morts.
Calibrage de la balance des blancs – Pour garantir des couleurs cohérentes entre les modules.
Test d'étanchéité – Si spécifié.
Pour un module de caméra d'endoscope 4K, l'équipement de test doit avoir une résolution suffisante pour vérifier la netteté 4K.
Souvent, un module standard ne convient pas à un produit spécifique. Un fabricant de modules de caméra OEM comme Sincere peut personnaliser :
Diamètre – De 1,5 mm à 8 mm.
Longueur du câble – De 10 cm à 3 m.
Paramètres de l'objectif – Champ de vision (60° à 140°), distance de travail (macro à l'infini).
Interface – USB (UVC), MIPI ou analogique.
Un module de caméra OEM pour un endoscope médical nécessitera également des matériaux biocompatibles et une tolérance de stérilisation.
Supposons que vous ayez besoin d'un module de caméra USB ultraminiature et peu coûteux pour l'inspection automobile. Les choix de conception :
Capteur : OV9732 (720p, 1/9″, matrice nue) – abordable et petit.
Objectif : asphérique unique en plastique, champ de vision de 90°, mise au point fixe à 30 mm.
Assemblage : COB sur FPC, alignement actif.
Câble : USB 2.0 de 1,5 m de long avec serre-câble surmoulé.
Boîtier : Tube en acier inoxydable, classé IP67.
Sortie : conforme UVC, plug-and-play.
Ce module aurait un diamètre de pointe d'environ 4 mm.
Un module de caméra pour endoscope médical haut de gamme nécessite :
Capteur : puce nue Sony IMX415 (8 MP, 1/2,8″).
Objectif : objectif en verre à 5 éléments, FOV 110°, mise au point fixe.
Assemblage : COB sur PCB rigide-flexible, alignement actif.
Câble : MIPI CSI‑2 sur faisceau coaxial blindé (court, <30 cm) vers une carte DSP séparée.
Boîtier : Tube en titane, biocompatible, IP68.
Stérilisation : Compatible autoclave.
Le diamètre sera d'environ 5 à 6 mm – plus grand que la version 720p, mais capable d'une résolution 4K.
Qualité d'image par rapport à la taille – Les capteurs plus petits ont des pixels plus petits, qui captent moins de lumière. Un module de caméra 720p avec des pixels de 1,4 µm sera plus bruyant qu'un module 1080p avec des pixels de 2,0 µm, mais ce dernier nécessite une pointe plus grande.
Dissipation thermique – Un module de caméra endoscopique 4K génère plus de chaleur. Dans un tube de 4 mm hermétiquement fermé, la chaleur peut dégrader l'image ou endommager le capteur. Pulsez les LED et réduisez la fréquence d’images pour gérer la chaleur.
Rendement – L'assemblage COB ultraminiature a un taux de rejet plus élevé que le SMT standard. Attendez-vous à une courbe d’apprentissage.
La conception de modules de caméra ultraminiatures nécessite une compréhension approfondie du conditionnement des capteurs (puce nue, COB), de la microoptique, de l'alignement actif et de l'étanchéité. Le capteur de la caméra du module détermine le diamètre minimum réalisable, tandis que la complexité de l'objectif dicte la qualité de l'image. Pour un module caméra 720p de base, un seul objectif asphérique en plastique et un petit capteur comme le OV9732 suffisent. Pour un module de caméra d'endoscope 4K, une lentille en verre multi-éléments et un capteur plus grand (par exemple, IMX415) sont nécessaires, augmentant le diamètre de la pointe. Une approche de module de caméra OEM vous permet de personnaliser chaque aspect (diamètre, longueur de câble, champ de vision et interface) pour l'adapter à votre application spécifique, qu'il s'agisse d'une lunette médicale jetable ou d'un endoscope industriel. Si vous avez besoin d'un module de caméra USB aux dimensions ultraminiatures, les mêmes principes s'appliquent, mais l'interface est simplifiée en UVC sur USB.
Chez Sincere, nous concevons et fabriquons des modules de caméras ultraminiatures pour des applications médicales, industrielles et grand public. Contactez-nous pour discuter de votre projet de module de caméra pour endoscope.
