Quels capteurs sont utilisés dans les caméras endoscopiques modernes ?

Introduction
Un module de caméra pour endoscope est aussi performant que le capteur qu'il contient. Le capteur transforme la lumière en signal électronique, affectant la netteté, la couleur et les performances en faible luminosité. Les endoscopes plus anciens utilisaient des capteurs CCD, mais les conceptions actuelles reposent presque entièrement sur la technologie du module de caméra CMOS . Cet article examine les capteurs courants des caméras endoscopiques modernes – depuis les minuscules puces qui permettent la conception de petits modules de caméra jusqu'aux capteurs haute résolution des modules de caméra endoscopique USB .

Pourquoi le CMOS a remplacé le CCD
Les capteurs CCD étaient autrefois la norme car ils avaient un faible bruit et une bonne qualité. Désormais, les capteurs du module de caméra CMOS dominent pour plusieurs raisons :

• Consommation réduite – important pour les lunettes portatives alimentées par batterie.

• Intégration supérieure : les CAN sur puce et la synchronisation réduisent les composants externes.

• Lecture plus rapide – prend en charge des fréquences d’images élevées et moins de flou de mouvement.

• Taille plus petite – permet des conceptions de petits modules de caméra de moins de 3 mm.

Tailles et résolutions courantes des capteurs

Un module de caméra à capteur doit équilibrer le nombre de pixels, la taille des pixels (sensibilité à la lumière) et le diamètre total. Un capteur 1/9″ avec des pixels de 1,4 µm s’adapte à une pointe de 1,5 mm, mais les performances en basse lumière sont médiocres. Un capteur 1/3″ 1080p (par exemple, Sony IMX290) a des pixels de 2,9 µm – une grande sensibilité – mais la pointe atteint 5 à 6 mm.

Familles de capteurs populaires

1. Série Sony IMX (Starvis / Starvis 2)
Les capteurs Sony IMX sont les plus largement utilisés dans les endoscopes professionnels. La technologie de rétroéclairage (BSI) améliore la sensibilité à la faible luminosité, ce qui est essentiel lorsque l'éclairage LED est limité. Modèles courants :

• IMX290 – 2,1 MP (1080p), 1/2,8″, pixels de 2,9 µm. Excellente faible luminosité. Utilisé dans les laparoscopes et les endoscopes.

• IMX307 – 2,1 MP, 1/2,8″, similaire à IMX290 avec différentes options de sortie. Populaire dans les produits de module de caméra d'endoscope USB .

• IMX415 – 8 MP (4K), 1/2,8″, pixels de 1,45 µm. Utilisé dans les endoscopes 4K haut de gamme.

2. Capteurs médicaux OmniVision
OmniVision fabrique de très petits capteurs destinés à la microendoscopie et à usage unique. L'OV6948 est un petit module de caméra complet : une puce de 0,65 mm × 0,65 mm avec objectif intégré, adapté aux vaisseaux sanguins et aux canaux lacrymaux. Autres modèles :

• OV9732 – 1/9″, 720p, pour lunettes ultra fines.

• OV2740 – 1080p, utilisé dans certains endoscopes réutilisables.

3. Autres fabricants (ST, ON Semi, GalaxyCore)
Moins courants mais trouvés dans des périmètres moins coûteux ou spécialisés. Par exemple, l'obturateur global VD56G3 de ST est utilisé dans les endoscopes industriels où le flou de mouvement doit être supprimé.

Principales fonctionnalités du capteur pour l'endoscopie

• Obturateur global ou volet roulant – Le volet roulant est courant (meilleure faible luminosité, moindre coût). Pour les mouvements rapides, l’obturateur global est préférable.

• Plage dynamique élevée (HDR) – Indispensable pour les scènes avec des reflets lumineux et des ombres sombres. De nombreux capteurs Sony IMX ont un HDR échelonné.

• Faible courant d'obscurité – Réduit le bruit lors de longues expositions.

• Rétroéclairé (BSI) – Presque tous les capteurs d'endoscope modernes utilisent le BSI pour une meilleure capture de la lumière.

Comment les capteurs s'intègrent dans un petit module de caméra
L'emballage du capteur affecte la taille :

• CSP (Chip Scale Package) – Capteur dans un petit boîtier en plastique ou en céramique avec des billes de soudure. Facile à assembler mais ajoute de l'épaisseur.

• COB (Chip on Board) – Matrice nue collée directement sur le PCB et liée par fil. Sans emballage – le petit module de caméra le plus fin . Le COB est préféré pour les endoscopes inférieurs à 5 mm.

Module de caméra d'endoscope USB – Choix de capteurs
Un module de caméra d'endoscope USB se connecte à un ordinateur ou un smartphone. La plupart utilisent des capteurs 1080p (2 MP) comme le Sony IMX307 ou l'OmniVision OV2710. Ceux-ci sont choisis parce que :

• Ils fonctionnent bien avec les ponts UVC (USB Video Class).

• Les performances en faible luminosité sont acceptables pour l’inspection générale.

• Ils sont rentables.

Pour les endoscopes USB haut de gamme, un capteur 4K comme l'IMX415 peut être utilisé, mais cela nécessite USB 3.0 et une puce pont plus coûteuse.

Compromis : petit ou performant
Un petit module de caméra (pointe inférieure à 3 mm) ne peut pas s'adapter à un capteur 1/3″. Les concepteurs doivent accepter une résolution inférieure (720p ou VGA) et une sensibilité à la faible luminosité moins bonne. En échange, ils ont accès à des espaces très étroits, comme un vaisseau sanguin ou un minuscule injecteur de carburant.

Modules de caméra d'endoscope de Sincere
Chez Sincere, nous proposons des modèles de modules de caméra d'endoscope avec de nombreuses options de capteurs :

• Petit module de caméra – jusqu'à 1,5 mm de diamètre utilisant des capteurs OV6948 ou plus grands pour des pointes plus grandes.

• Module de caméra CMOS – Sony IMX307, IMX415, OmniVision OV9732 et autres.

• Module caméra à capteur – sélection et conditionnement de capteurs personnalisés (CSP ou COB).

• Module caméra endoscope USB – modèles 1080p et 4K, conforme UVC.

Résumé
Les caméras endoscopiques modernes utilisent presque exclusivement les capteurs du module de caméra CMOS . Les familles populaires sont Sony IMX (très faible luminosité) et OmniVision (ultra-petit). La taille du capteur – de 1/9″ à 1/3″ – détermine le diamètre de la pointe et la qualité de l’image. Un petit module de caméra avec un capteur 1/9″ s’adapte aux espaces restreints mais sacrifie les détails et la sensibilité. Un module de caméra d'endoscope USB utilise généralement un capteur 1/2,8″ 1080p pour un bon équilibre entre performances et coût. Comprendre les options du module de caméra à capteur vous aide à choisir l'oscilloscope adapté à vos besoins médicaux ou industriels.

Contactez Sincere pour discuter des exigences en matière de capteur de votre module de caméra d'endoscope .