Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-06-04 Origine: Sito
Un modulo telecamera per endoscopio è progettato per vedere dove i tuoi occhi non possono raggiungere: all'interno di un'articolazione umana, di un motore a reazione o di un tubo idraulico. La lente sulla punta del telescopio è la parte più critica. In spazi ultra-piccoli (diametri di 2–5 mm o anche meno), progettare un obiettivo in grado di catturare un'immagine nitida, ampia e ben illuminata è una sfida ottica seria. Questo articolo spiega come funzionano gli obiettivi delle fotocamere degli endoscopi in ambienti così ristretti e come diversi tipi di moduli, da un modulo mini fotocamera per uso medico a un modulo fotocamera USB per endoscopi industriali, raggiungono questo obiettivo.
Un tipico obiettivo fotografico per uno smartphone ha un diametro di circa 5‑8 mm. In un endoscopio, l'intero gruppo della telecamera deve essere inserito in un tubo che spesso è più piccolo di un chicco di riso. Ciò significa:
La lente deve essere estremamente piccola, a volte fino a 0,6 mm di diametro.
Il numero di elementi dell'obiettivo è limitato (spesso solo uno o due pezzi di vetro o plastica).
L'obiettivo deve avere una lunghezza focale molto corta per vedere oggetti che distano solo pochi millimetri.
La profondità di campo deve essere ampia affinché gli oggetti da 3 mm a 50 mm appaiano nitidi senza messa a fuoco automatica.
La lente deve essere sigillata contro i liquidi e la sterilizzazione (per uso medico).
Per ottenere un ampio campo visivo (tipicamente da 90° a 140°) e una profondità di campo sufficiente, le lenti per endoscopio utilizzano una o una combinazione delle seguenti tecniche:
Superfici asferiche – Una singola lente asferica può sostituire due lenti sferiche, risparmiando spazio e correggendo al tempo stesso la distorsione e l'aberrazione sferica.
Vetro o plastica ad alto indice : i materiali con un indice di rifrazione elevato piegano di più la luce, consentendo una lunghezza focale più breve e una lente più piccola.
Ottica a livello di wafer : centinaia di minuscole lenti vengono incise su un wafer di vetro e poi tagliate a dadini. Viene utilizzato per gli endoscopi monouso.
Lente composta – Due o tre piccoli elementi di lente impilati insieme (ad esempio, una lente negativa anteriore e una lente positiva posteriore) per migliorare la qualità dell'immagine mantenendo il diametro piccolo.
L'obiettivo focalizza la luce su un sensore del modulo fotocamera cmos. In un tipico modulo telecamera per endoscopio, anche il sensore è molto piccolo, spesso da 1/9″ a 1/6″ (circa 1,5‑3 mm di diagonale). L'obiettivo proietta un cerchio di immagine che corrisponde all'area attiva del sensore. Poiché l'obiettivo è a fuoco fisso, è impostato su una distanza iperfocale. Tutto da metà di quella distanza all'infinito è accettabilmente nitido. Ad esempio, un obiettivo impostato su 15 mm manterrà a fuoco gli oggetti da 8 mm a infinito.
Il sensore converte la luce in segnali elettrici. In un moderno modulo fotocamera CMOS, la tecnologia retroilluminata (BSI) migliora la sensibilità, compensando la piccola apertura.
Modulo mini telecamera (medico o industriale) – Un modulo mini telecamera per un endoscopio monouso (ad esempio, diametro 2 mm) utilizza una singola lente asferica in plastica. La lente viene incollata direttamente sul sensore mediante l'allineamento attivo. La distanza di lavoro è fissa, generalmente 5‑20 mm per uso medico. Non c'è la messa a fuoco automatica; l'ampia profondità di campo copre l'intervallo necessario.
Modulo fotocamera USB (periscopio consumer) – Un modulo fotocamera USB per l'ispezione domestica spesso ha una punta di 5,5 mm di diametro con una lente in vetro a tre elementi. Può includere un anello di LED bianchi attorno all'obiettivo. L'obiettivo è a fuoco fisso, impostato su una distanza di lavoro di circa 30‑100 mm. L'immagine viene trasmessa in streaming tramite USB 2.0 e lo standard del modulo fotocamera UVC lo rende plug-and-play.
Modulo telecamera OEM (progettazione personalizzata) – Per applicazioni specializzate, un modulo telecamera OEM può essere progettato con un obiettivo personalizzato. Ad esempio, una lente con un campo visivo molto ampio (140°) per l'ispezione di tubazioni o una lente macro per l'ispezione di piccoli componenti elettronici. Il fornitore OEM seleziona il materiale delle lenti (vetro per la durata, plastica per il costo), il numero di elementi e il rivestimento (antiriflesso, idrofobico).
Modulo fotocamera UVC – Un modulo fotocamera UVC è essenzialmente un modulo fotocamera USB che segue lo standard USB Video Class. Le caratteristiche dell'obiettivo sono le stesse, ma il firmware riporta la risoluzione e il frame rate supportati. L'utente non ha bisogno di installare un driver.
In tutti gli endoscopi, tranne quelli più economici, la lente non viene semplicemente avvitata a un supporto. Invece, il produttore utilizza un processo di allineamento attivo :
Il sensore è acceso e visualizza un diagramma di prova.
L'obiettivo viene spostato su sei assi (X, Y, Z, inclinazione, beccheggio, imbardata) da un manipolatore robotico.
Il software analizza la nitidezza e la centratura dell'immagine.
Una volta trovata la posizione ottimale, la lente viene fissata con adesivo a polimerizzazione UV.
L'allineamento attivo compensa le piccole tolleranze meccaniche nel supporto dell'obiettivo e nel posizionamento del sensore. Senza di esso, l'immagine risulterebbe sfocata su un lato o la messa a fuoco risulterebbe disattivata. Questo processo è fondamentale sia per un modulo mini telecamera per un endoscopio da 2 mm che per un periscopio industriale 4K.
In uno spazio ultra-piccolo non c’è spazio per l’illuminazione esterna. Pertanto, il modulo della fotocamera dell'endoscopio include i propri LED posizionati attorno all'obiettivo. I LED devono essere posizionati in modo che:
Non creano ombre dal barilotto dell'obiettivo.
La luce è diretta in avanti (o lateralmente con un prisma).
L'illuminazione è uniforme in tutto il campo visivo.
Il barilotto dell'obiettivo stesso può avere un design smussato o incassato per consentire di posizionare i LED più vicino all'asse ottico, riducendo i punti scuri.
Prendi in considerazione un ureteroscopio usa e getta. Il diametro della punta è di 2 mm. All'interno c'è:
Una singola lente asferica in plastica, 1,4 mm di diametro.
Un sensore CMOS da 1/9″ (400×400 pixel).
Due chip LED bianchi ai lati della lente.
Un circuito flessibile che si collega al cavo.
L'obiettivo ha una lunghezza focale di 1,2 mm, offrendo un campo visivo di 90°. La distanza di lavoro è di 3‑15 mm. L'immagine è morbida ai bordi (distorsione a barile) ma accettabile per vedere un calcolo renale. L'intero gruppo è sigillato con resina epossidica per impermeabilizzare e sterilizzare.
Gli obiettivi delle fotocamere degli endoscopi per spazi ultra-piccoli si affidano a minuscole ottiche asferiche, produzione a livello di wafer e allineamento attivo per produrre un'immagine nitida. L'obiettivo funziona insieme a un sensore del modulo fotocamera CMOS e l'intero gruppo è spesso racchiuso in un modulo mini fotocamera per uso medico o industriale. Per le applicazioni consumer, un modulo fotocamera USB con conformità del modulo fotocamera UVC fornisce una soluzione plug-and-play con un obiettivo a fuoco fisso. Per i prodotti personalizzati, un modulo fotocamera OEM consente il pieno controllo sul design dell'obiettivo, sulla distanza di lavoro e sulla sigillatura.
Comprendere come funzionano queste minuscole lenti ti aiuta a scegliere il modulo fotocamera per endoscopio giusto per la tua applicazione, sia che tu abbia bisogno di vedere all'interno di un vaso sanguigno, di una pala di turbina o di uno scarico domestico.
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