Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 30/05/2026 Origine: Sito
I moduli telecamera ultraminiaturizzati sono gli occhi nascosti all'interno di endoscopi medici, endoscopi industriali, dispositivi indossabili e persino microdroni. Progettare una fotocamera che si inserisce in un tubo da 2 mm di diametro e fornisce allo stesso tempo immagini nitide e dai colori accurati è una seria sfida ingegneristica. In questo articolo spieghiamo i passaggi chiave e i compromessi coinvolti nella progettazione di moduli fotocamera ultraminiaturizzati, dalla selezione del sensore della fotocamera del modulo all'assemblaggio del prodotto finale.
Un modulo fotocamera è considerato 'ultraminiaturizzato' quando il suo diametro esterno è inferiore a 4 mm e spesso compreso tra 1 mm e 2 mm. Tali moduli vengono generalmente utilizzati nelle applicazioni dei moduli telecamera per endoscopio, in cui la punta deve navigare in vasi sanguigni stretti, condotti lacrimali o minuscoli componenti del motore. Nonostante le dimensioni, potrebbe essere necessario riprodurre video a 720p, 1080p o anche 4K.
Caratteristiche principali di un design ultraminiaturizzato:
Cilindro dell'obiettivo estremamente piccolo (spesso in vetro o plastica su misura).
Sensore bare-die assemblato con tecnologia Chip-on-Board (COB).
Circuito stampato flessibile (FPC) invece di un PCB rigido.
Illuminazione LED integrata attorno all'obiettivo.
Sigillatura impermeabile (IP67/IP68) per uso medico o industriale.
Il sensore è il cuore di ogni fotocamera. Per i progetti ultraminiaturizzati, non è possibile utilizzare un sensore confezionato standard. È invece necessario un die nudo che possa essere collegato tramite wire-bond direttamente al circuito flessibile. Le scelte comuni includono:
OmniVision OV6948: un sensore da 0,65 mm × 0,65 mm con lente integrata, utilizzato negli endoscopi usa e getta.
Sony IMX290 (versione bare die) – Sensore da 1/2,8″, molto più grande, ma ancora possibile con una punta da 4‑5 mm.
Per una risoluzione più elevata, un modulo fotocamera per endoscopio 4K può utilizzare un die nudo Sony IMX415, ma ciò aumenta il diametro della punta a circa 4 mm.
Per un modulo fotocamera base da 720p, sono popolari sensori come OV9732 (1/9″). Il sensore della fotocamera del modulo determina il diametro minimo possibile, quindi scegli il die più piccolo che soddisfi i tuoi requisiti di risoluzione e scarsa illuminazione.
Invece di un PCB rigido, i moduli ultraminiaturizzati utilizzano un circuito stampato flessibile (FPC). L'FPC è progettato per avvolgere il sensore e il supporto dell'obiettivo, risparmiando spazio. Il die nudo del sensore è collegato all'FPC utilizzando la tecnologia Chip‑on‑Board (COB) :
Lo stampo è incollato sull'FPC con resina epossidica.
I fili d'oro sono collegati dai cuscinetti del sensore alle tracce FPC.
Una parte superiore glob (resina epossidica) protegge i cavi.
COB elimina il pacchetto sensore, riducendo l'altezza fino a 1 mm, aspetto fondamentale quando lo spessore totale è di soli 2 mm.
L'obiettivo deve essere piccolo quanto il sensore. Per i moduli ultraminiaturizzati sono disponibili due opzioni:
Ottica a livello di wafer (WLO) : le lenti vengono incise su un wafer di vetro e poi tagliate a cubetti. Questi possono avere un diametro minimo di 0,6 mm.
Lenti a sfera di vetro di precisione : minuscole lenti sferiche incollate su un supporto in metallo o plastica.
Per un modulo fotocamera da 720p potrebbe essere sufficiente una singola lente asferica in plastica. Per un modulo telecamera per endoscopio 4K, è necessaria una lente in vetro multielemento per risolvere i dettagli elevati: ciò aumenta il diametro della punta.
La lente deve essere posizionata direttamente sopra il sensore. La lunghezza focale e la distanza di lavoro sono fisse; la messa a fuoco automatica è quasi impossibile su questa scala.
Anche uno spostamento di 10 micron tra l'obiettivo e il sensore rovinerebbe l'immagine. Pertanto, durante l'assemblaggio, l'obiettivo viene posizionato attivamente : mentre il sensore è attivo, l'obiettivo viene spostato in X, Y, Z, inclinazione e rotazione mentre il software analizza la nitidezza. Una volta trovata la posizione ottimale, la lente viene incollata in posizione con un adesivo a polimerizzazione UV. Questa fase di allineamento attivo è obbligatoria per qualsiasi modulo fotocamera per endoscopio che mira a una qualità costante.
La maggior parte dei moduli telecamera per endoscopio include uno o più minuscoli LED attorno all'obiettivo. Anche i LED sono die nudi (chip) montati direttamente sull'FPC. Sono collegati in serie o parallelo e spesso ricoperti con una resina epossidica trasparente. I LED devono essere posizionati il più vicino possibile alla lente per evitare ombre.
L'FPC si estende dalla testa della telecamera a un connettore. Per un modulo fotocamera USB, l'FPC può terminare con una presa USB o un connettore ZIF in miniatura. Per un sistema embedded, il cavo potrebbe trasportare segnali MIPI CSI‑2. La lunghezza del cavo è limitata dall'integrità del segnale; per MIPI mantenerlo sotto i 30 cm; per USB sono possibili fino a 3 m.
Il punto di ingresso del cavo deve essere sigillato con resina epossidica o con una guaina sovrastampata per impedire l'ingresso di liquidi (IP67/IP68).
Per uso medico o industriale, la testa della telecamera deve essere impermeabile. L'intero gruppo (sensore, cavi, supporto della lente) è sigillato con resina epossidica o silicone di grado medico. La finestra dell'obiettivo rimane esposta. La tenuta viene testata mediante immersione o calo di pressione.
Ogni modulo fotocamera ultraminiaturizzato è sottoposto a:
Test ottici : risoluzione (MTF), campo visivo, distorsione e profondità di campo.
Rilevamento pixel difettosi : mappatura e correzione dei pixel morti.
Calibrazione del bilanciamento del bianco – Per garantire colori coerenti tra i moduli.
Test di impermeabilità – Se specificato.
Per un modulo telecamera per endoscopio 4K, l'attrezzatura di prova deve avere una risoluzione sufficiente per verificare la nitidezza 4K.
Spesso un modulo standard non è adatto a un prodotto specifico. Un produttore di moduli fotocamera OEM come Sincere può personalizzare:
Diametro – Da 1,5 mm a 8 mm.
Lunghezza cavo – Da 10 cm a 3 m.
Parametri dell'obiettivo : campo visivo (da 60° a 140°), distanza di lavoro (da macro a infinito).
Interfaccia : USB (UVC), MIPI o analogica.
Un modulo telecamera OEM per un endoscopio medico richiederà inoltre materiali biocompatibili e tolleranza alla sterilizzazione.
Supponiamo che tu abbia bisogno di un modulo telecamera USB ultraminiaturizzato e a basso costo per l'ispezione automobilistica. Le scelte progettuali:
Sensore: OV9732 (720p, 1/9″, die nudo) – piccolo e conveniente.
Lente: Singola asferica in plastica, FOV 90°, fuoco fisso a 30 mm.
Assemblaggio: COB su FPC, allineamento attivo.
Cavo: USB 2.0 lungo 1,5 m con serracavo sovrastampato.
Custodia: tubo in acciaio inossidabile, grado di protezione IP67.
Uscita: conforme UVC, plug-and-play.
Questo modulo avrebbe un diametro della punta di circa 4 mm.
Un modulo telecamera per endoscopio medico di fascia alta richiede:
Sensore: Sony IMX415 die nudo (8 MP, 1/2.8″).
Obiettivo: lente in vetro a 5 elementi, FOV 110°, messa a fuoco fissa.
Assemblaggio: COB su PCB rigido-flessibile, allineamento attivo.
Cavo: MIPI CSI‑2 su fascio coassiale schermato (corto, <30 cm) a una scheda DSP separata.
Custodia: Tubo in titanio, biocompatibile, IP68.
Sterilizzazione: compatibile con autoclave.
Il diametro sarà di circa 5‑6 mm, più grande della versione 720p, ma con risoluzione 4K.
Qualità dell'immagine rispetto alle dimensioni : i sensori più piccoli hanno pixel più piccoli, che catturano meno luce. Un modulo fotocamera da 720p con pixel da 1,4 µm sarà più rumoroso di un modulo 1080p con pixel da 2,0 µm, ma quest'ultimo richiede una punta più grande.
Dissipazione del calore : un modulo telecamera per endoscopio 4K genera più calore. In un tubo da 4 mm sigillato ermeticamente, il calore può degradare l'immagine o danneggiare il sensore. Attiva i LED e riduci il frame rate per gestire il calore.
Resa – L'assemblaggio COB ultraminiaturizzato ha un tasso di scarto più elevato rispetto all'SMT standard. Aspettatevi una curva di apprendimento.
La progettazione di moduli fotocamera ultraminiaturizzati richiede una conoscenza approfondita del packaging del sensore (die nudo, COB), della microottica, dell'allineamento attivo e della sigillatura impermeabile. Il sensore della fotocamera del modulo determina il diametro minimo raggiungibile, mentre la complessità dell'obiettivo determina la qualità dell'immagine. Per un modulo fotocamera base da 720p, sono sufficienti una singola lente asferica in plastica ed un piccolo sensore come l'OV9732. Per un modulo fotocamera per endoscopio 4k, sono necessari una lente in vetro multielemento e un sensore più grande (ad esempio, IMX415), aumentando il diametro della punta. L'approccio del modulo telecamera OEM ti consente di personalizzare ogni aspetto (diametro, lunghezza del cavo, campo visivo e interfaccia) per adattarlo alla tua applicazione specifica, che si tratti di un telescopio medico usa e getta o di un boroscopio industriale. Se hai bisogno di un modulo fotocamera USB con dimensioni ultraminiaturizzate, si applicano gli stessi principi, ma l'interfaccia è semplificata in UVC su USB.
Noi di Sincere progettiamo e produciamo moduli per telecamere ultraminiaturizzati per applicazioni mediche, industriali e di consumo. Contattaci per discutere del tuo progetto del modulo telecamera per endoscopio.
