Megtekintések: 0 Szerző: Site Editor Közzététel ideje: 2026-05-30 Eredet: Telek
Az ultraminiatűr kameramodulok az orvosi endoszkópok, ipari boroszkópok, hordható eszközök és még mikrodrónok rejtett szemei. Komoly mérnöki kihívást jelent olyan fényképezőgép tervezése, amely belefér egy 2 mm átmérőjű csőbe, miközben éles, színpontos képeket biztosít. Ebben a cikkben bemutatjuk az ultraminiatűr kameramodulok tervezésének legfontosabb lépéseit és kompromisszumait, a modulkamera-érzékelő kiválasztásától a végtermék összeszereléséig.
Egy kameramodul akkor tekinthető 'ultraminiatűr'-nek, ha külső átmérője kisebb, mint 4 mm, és gyakran 1–2 mm. Az ilyen modulokat jellemzően endoszkópos kameramodul-alkalmazásokban használják, ahol a hegynek szűk ereken, könnycsatornákon vagy apró motoralkatrészeken kell navigálnia. A méret ellenére előfordulhat, hogy 720p, 1080p vagy akár 4K videót kell kiadniuk.
Az ultraminiatűr kialakítás főbb jellemzői:
Rendkívül kicsi lencsecső (gyakran egyedi gyártású üveg vagy műanyag).
Chip-on-Board (COB) technológiával szerelt csupasz érzékelő.
Rugalmas nyomtatott áramkör (FPC) merev PCB helyett.
Beépített LED világítás az objektív körül.
Vízálló tömítés (IP67/IP68) orvosi vagy ipari használatra.
Az érzékelő minden kamera szíve. Ultraminiatűr kiviteleknél nem használhat szabványos csomagolt érzékelőt. Ehelyett egy csupasz szerszámra van szüksége, amely közvetlenül a rugalmas áramkörhöz köthető. A gyakori választások a következők:
OmniVision OV6948 – 0,65 mm × 0,65 mm-es érzékelő integrált lencsével, eldobható endoszkópokban.
Sony IMX290 (csupasz formájú változat) – 1/2,8 hüvelykes érzékelő, sokkal nagyobb, de még mindig lehetséges 4–5 mm-es hegyben.
A nagyobb felbontás érdekében a 4k endoszkópos kameramodul használhat Sony IMX415 csupasz matricát, de ez körülbelül 4 mm-re növeli a csúcs átmérőjét.
Az alap 720p-s kameramodulnál népszerűek az olyan érzékelők, mint az OV9732 (1/9'). A modul kamera érzékelője határozza meg a lehetséges minimális átmérőt, ezért válassza ki a legkisebb szerszámot, amely megfelel a felbontás és a gyenge fényviszonyok követelményeinek.
A merev PCB helyett az ultraminiatűr modulok rugalmas nyomtatott áramkört (FPC) használnak. Az FPC-t úgy tervezték, hogy körülölelje az érzékelőt és a lencsetartót, így helyet takaríthat meg. Az érzékelő csupasz van az FPC-hez rögzítve matrica Chip-on-Board (COB) technológiával :
A szerszámot epoxival ragasztják az FPC-re.
Arany vezetékek vannak kötve az érzékelőpárnáktól az FPC-nyomokhoz.
Egy glob top (epoxi) védi a vezetékeket.
A COB kiküszöböli az érzékelőcsomagot, és akár 1 mm-rel csökkenti a magasságot – ez kritikus, ha a teljes vastagság mindössze 2 mm.
Az objektívnek olyan kicsinek kell lennie, mint az érzékelő. Az ultraminiatűr modulok esetében két lehetőség van:
Wafer-level optika (WLO) – A lencséket üveglapra marják, majd felkockázzák. Ezek akár 0,6 mm átmérőjűek is lehetnek.
Precíziós üveggolyós lencsék – Apró gömb alakú lencsék, amelyeket fém vagy műanyag tartóba ragasztanak.
Egy 720p-s kameramodulhoz elegendő lehet egyetlen műanyag aszférikus lencse. A 4k endoszkópos kameramodulhoz többelemes üveglencsére van szükség a nagy részletesség feloldásához – ez növeli a csúcs átmérőjét.
A lencsét közvetlenül az érzékelő fölé kell helyezni. A fókusztávolság és a munkatávolság rögzített; Az autofókusz ilyen léptékben szinte lehetetlen.
Még az objektív és az érzékelő közötti 10 mikronos eltolás is tönkreteszi a képet. Ezért az összeszerelés során az objektívet pozícionálja aktívan – amíg az érzékelő feszültség alatt van, az objektívet X, Y, Z irányban mozgatják, döntik és forgatják, miközben a szoftver elemzi az élességet. Az optimális helyzet megtalálása után a lencsét UV-re keményedő ragasztóval a helyére ragasztják. Ez az aktív igazítási lépés kötelező minden olyan endoszkóp kameramodulnál, amely állandó minőségre törekszik.
A legtöbb endoszkóp kameramodul egy vagy több apró LED-et tartalmaz az objektív körül. A LED-ek szintén csupasz matricák (chipek), amelyek közvetlenül az FPC-re vannak szerelve. Sorosan vagy párhuzamosan vannak kötve, és gyakran átlátszó epoxival vannak bevonva. A LED-eket a lehető legközelebb kell elhelyezni az objektívhez, hogy elkerüljük az árnyékokat.
Az FPC a kamerafejtől a csatlakozóig terjed. USB kameramodul esetén az FPC végződhet egy USB-dugóban vagy egy miniatűr ZIF-csatlakozóban. Beágyazott rendszer esetén a kábel MIPI CSI-2 jeleket hordozhat. A kábel hosszát a jel integritása korlátozza; a MIPI esetében tartsa 30 cm alatt; USB esetén akár 3 m is lehetséges.
A kábel bemeneti pontját epoxigyantával vagy öntött burkolattal kell lezárni a folyadék bejutásának megakadályozása érdekében (IP67/IP68).
Orvosi vagy ipari felhasználás esetén a kamerafejnek vízállónak kell lennie. A teljes szerelvény (érzékelő, vezetékek, lencsetartó) orvosi minőségű epoxival vagy szilikonnal van bevonva. A lencseablak szabadon marad. A tömítést alámerítéssel vagy nyomáscsökkentéssel tesztelik.
Minden ultraminiatűr kameramodul a következőkön megy keresztül:
Optikai tesztek – Felbontás (MTF), látómező, torzítás és mélységélesség.
Hibás pixelészlelés – Halott képpontok feltérképezése és javítása.
Fehéregyensúly kalibrálás – A modulok közötti egységes szín biztosítása érdekében.
Vízálló teszt – Ha előírják.
4K endoszkóp kameramodul esetén a vizsgálóberendezésnek elegendő felbontással kell rendelkeznie a 4K élesség ellenőrzéséhez.
Gyakran előfordul, hogy egy szabványos modul nem illeszkedik egy adott termékhez. Egy OEM kameramodul-gyártó, például a Sincere testreszabhatja:
Átmérő – 1,5 mm-től 8 mm-ig.
Kábelhossz - 10 cm-től 3 m-ig.
Lencseparaméterek – Látómező (60°-tól 140°-ig), munkatávolság (makrótól a végtelenig).
Interfész – USB (UVC), MIPI vagy analóg.
Az orvosi endoszkóphoz használt OEM kameramodulhoz biológiailag kompatibilis anyagokra és sterilizálástűrésre is szükség van.
Tegyük fel, hogy szüksége van egy alacsony költségű, ultraminiatűr USB-kameramodulra az autók ellenőrzéséhez. A tervezési lehetőségek:
Érzékelő: OV9732 (720p, 1/9″, csupasz matrica) – megfizethető és kicsi.
Objektív: Egyetlen műanyag aszférikus, 90°-os FOV, fix fókusz 30 mm-re.
Összeszerelés: COB az FPC-n, aktív igazítás.
Kábel: 1,5 m hosszú USB 2.0 öntött húzásmentesítővel.
Ház: Rozsdamentes acél cső, IP67 besorolású.
Kimenet: UVC-kompatibilis, plug-and-play.
Ennek a modulnak a csúcsátmérője körülbelül 4 mm.
A csúcskategóriás orvosi endoszkóp kameramodulhoz a következőkre van szükség:
Érzékelő: Sony IMX415 csupasz matrica (8 MP, 1/2,8″).
Objektív: 5 elemes üveglencse, 110°-os FOV, fix fókusz.
Összeszerelés: COB merev-flex PCB-n, aktív beállítás.
Kábel: MIPI CSI‑2 árnyékolt koaxiális kötegen keresztül (rövid, <30 cm) egy külön DSP kártyához.
Ház: Titán cső, biokompatibilis, IP68.
Sterilizálás: Autokláv kompatibilis.
Az átmérő körülbelül 5-6 mm lesz – nagyobb, mint a 720p-s verzió, de 4K felbontásra képes.
Képminőség vs. méret – A kisebb érzékelők kisebb pixelekkel rendelkeznek, amelyek kevesebb fényt rögzítenek. Az 1,4 µm-es képpontokkal rendelkező 720p-s kameramodul zajosabb lesz, mint egy 2,0 µm-es pixeles 1080p-s modul, de az utóbbihoz nagyobb csúcsra van szükség.
Hőelvezetés – A 4k endoszkópos kameramodul több hőt termel. Egy szorosan lezárt 4 mm-es csőben a hő ronthatja a képet vagy károsíthatja az érzékelőt. Pulzálja a LED-eket, és csökkentse a képkockasebességet a hő kezeléséhez.
Kihozatal – Az ultraminiatűr COB-szerelvény elutasítási aránya magasabb, mint a szabványos SMT. Tanulási görbére számíthat.
Az ultraminiatűr kameramodulok tervezése megköveteli az érzékelők csomagolásának (csupasz matrica, COB), a mikrooptikának, az aktív igazításnak és a vízálló tömítésnek a mély megértését. A modul kamera érzékelője határozza meg az elérhető minimális átmérőt, míg az objektív összetettsége a képminőséget. Egy alap 720p kameramodulhoz elegendő egyetlen műanyag aszférikus lencse és egy kis érzékelő, mint az OV9732. Egy 4k endoszkóp kameramodulhoz többelemes üveglencsére és nagyobb érzékelőre (pl. IMX415) van szükség, ami növeli a csúcs átmérőjét. Az OEM kameramodul-megközelítés lehetővé teszi, hogy minden szempontot – átmérőt, kábelhosszt, látómezőt és interfészt – az adott alkalmazáshoz igazítson, legyen szó eldobható orvosi távcsőről vagy ipari boreszkópról. Ha ultraminiatűr méretű USB-kameramodulra van szüksége, ugyanazok az elvek érvényesek, de az interfész az USB-n keresztüli UVC-re egyszerűsödik.
A Sincere-nél ultraminiatűr kameramodulokat tervezünk és gyártunk orvosi, ipari és fogyasztói alkalmazásokhoz. Lépjen kapcsolatba velünk, hogy megbeszéljük endoszkóp kamera modul projektjét.
