내시경 카메라 모듈은 사람의 관절 내부, 제트 엔진 또는 배관 파이프 내부 등 눈이 닿지 않는 곳을 볼 수 있도록 설계되었습니다. 스코프 끝에 있는 렌즈는 가장 중요한 부분입니다. 매우 작은 공간(직경 2~5mm 이하)에서 선명하고 넓으며 조명이 밝은 이미지를 캡처하는 렌즈를 설계하는 것은 심각한 광학적 과제입니다. 이 기사에서는 내시경 카메라 렌즈가 이렇게 제한된 환경에서 작동하는 방식과 의료용 미니 카메라 모듈부터 산업용 내시경용 USB 카메라 모듈에 이르기까지 다양한 유형의 모듈이 이를 달성하는 방법을 설명합니다.
일반적인 스마트폰 카메라 렌즈의 직경은 약 5-8mm입니다. 내시경에서는 전체 카메라 어셈블리가 쌀알보다 작은 튜브에 맞아야 합니다. 이는 다음을 의미합니다.
렌즈는 직경이 0.6mm 정도로 매우 작아야 합니다.
렌즈 요소의 수는 제한되어 있습니다(종종 유리 또는 플라스틱 조각 1~2개).
단 몇 밀리미터 떨어진 물체를 보려면 렌즈의 초점 거리가 매우 짧아야 합니다.
3mm에서 50mm 사이의 물체가 자동 초점 없이 선명하게 보이려면 피사계 심도가 커야 합니다.
렌즈는 액체 및 멸균 처리를 위해 밀봉되어야 합니다(의료용).
넓은 시야(일반적으로 90° ~ 140°)와 충분한 심도를 얻기 위해 내시경 렌즈는 다음 기술 중 하나 또는 조합을 사용합니다.
비구면 – 하나의 비구면 렌즈가 두 개의 구면 렌즈를 대체할 수 있어 왜곡과 구면 수차를 교정하는 동시에 공간을 절약할 수 있습니다.
고굴절률 유리 또는 플라스틱 – 굴절률이 높은 소재는 빛을 더 많이 휘게 하여 초점 거리를 더 짧게 하고 렌즈를 더 작게 만들 수 있습니다.
웨이퍼 레벨 광학 – 수백 개의 작은 렌즈가 유리 웨이퍼에 에칭된 후 절단됩니다. 일회용 내시경에 사용됩니다.
복합 렌즈 – 2개 또는 3개의 작은 렌즈 요소를 함께 쌓아서(예: 전면 네거티브 렌즈 및 후면 포지티브 렌즈) 직경을 작게 유지하면서 이미지 품질을 향상시킵니다.
렌즈는 빛을 CMOS 카메라 모듈 센서에 집중시킵니다. 일반적인 내시경 카메라 모듈에서 센서는 매우 작습니다(종종 1/9인치 ~ 1/6인치(대각선 약 1.5-3mm)). 렌즈는 센서의 활성 영역과 일치하는 이미지 서클을 투사합니다. 렌즈는 고정 초점이므로 초초점 거리로 설정됩니다. 그 거리의 절반부터 무한대까지의 모든 것이 허용될 만큼 선명합니다. 예를 들어, 15mm로 설정된 렌즈는 8mm에서 무한대까지 물체의 초점을 유지합니다.
센서는 빛을 전기 신호로 변환합니다. 최신 CMOS 카메라 모듈에서는 BSI(Back-Illuminated) 기술이 감도를 향상시켜 작은 조리개를 보상합니다.
미니 카메라 모듈(의료용 또는 산업용) – 일회용 내시경(예: 직경 2mm)용 미니 카메라 모듈은 단일 플라스틱 비구면 렌즈를 사용합니다. 렌즈는 활성 정렬을 사용하여 센서에 직접 접착됩니다. 작동 거리는 고정되어 있으며 일반적으로 의료용으로 사용되는 경우 5-20mm입니다. 자동 초점이 없습니다. 넓은 피사계 심도가 필요한 범위를 포괄합니다.
USB 카메라 모듈(소비자 내시경) – 주택 검사용 USB 카메라 모듈에는 직경 5.5mm 팁과 3요소 유리 렌즈가 있는 경우가 많습니다. 렌즈 주위에 흰색 LED 링이 포함될 수 있습니다. 렌즈는 고정 초점이며 작동 거리가 약 30-100mm로 설정되어 있습니다. 이미지는 USB 2.0을 통해 스트리밍되며 UVC 카메라 모듈 표준을 통해 플러그 앤 플레이가 가능합니다.
OEM 카메라 모듈(맞춤 설계) – 특수 용도의 경우 OEM 카메라 모듈을 맞춤형 렌즈로 설계할 수 있습니다. 예를 들어 파이프라인 검사를 위한 매우 넓은 시야각(140°)의 렌즈 또는 소형 전자 장치 검사를 위한 매크로 렌즈가 있습니다. OEM 공급업체는 렌즈 재질(내구성을 위한 유리, 비용을 위한 플라스틱), 요소 수 및 코팅(반사 방지, 소수성)을 선택합니다.
UVC 카메라 모듈 – UVC 카메라 모듈은 본질적으로 USB 비디오 클래스 표준을 따르는 USB 카메라 모듈입니다. 렌즈 특성은 동일하지만 펌웨어에서는 지원되는 해상도와 프레임 속도를 보고합니다. 사용자는 드라이버를 설치할 필요가 없습니다.
가장 저렴한 내시경을 제외하고는 렌즈가 단순히 홀더에 나사로 고정되어 있지 않습니다. 대신 제조업체는 활성 정렬 프로세스를 사용합니다.
센서의 전원이 켜지고 테스트 차트가 표시됩니다.
렌즈는 로봇 조작기에 의해 6개 축(X, Y, Z, 기울기, 피치, 요)으로 이동됩니다.
소프트웨어는 이미지 선명도와 센터링을 분석합니다.
최적의 위치를 찾으면 렌즈가 UV 경화 접착제로 고정됩니다.
활성 정렬은 렌즈 홀더와 센서 배치의 작은 기계적 공차를 보상합니다. 그렇지 않으면 이미지의 한쪽이 흐릿해지거나 초점이 맞지 않게 됩니다. 이 프로세스는 2mm 내시경용 미니 카메라 모듈과 4K 산업용 내시경 모두에 중요합니다.
초소형 공간에서는 외부 조명을 설치할 공간이 없습니다. 따라서 내시경 카메라 모듈에는 렌즈 주위에 자체 LED가 배치되어 있습니다. LED는 다음과 같은 위치에 있어야 합니다.
렌즈 배럴에서 그림자가 생성되지 않습니다.
빛은 앞으로(또는 프리즘을 사용하면 옆으로) 향합니다.
조명은 시야 전체에 걸쳐 균일합니다.
렌즈 배럴 자체에는 LED가 광축에 더 가깝게 배치되어 어두운 점을 줄일 수 있도록 모따기 또는 오목한 디자인이 있을 수 있습니다.
일회용 요관경을 고려해 보세요. 팁 직경은 2mm입니다. 내부에는 다음이 있습니다.
직경 1.4mm의 단일 플라스틱 비구면 렌즈입니다.
1/9인치 CMOS 센서(400×400픽셀).
렌즈 측면에 흰색 LED 칩 2개가 있습니다.
케이블에 연결되는 유연한 회로입니다.
렌즈의 초점 거리는 1.2mm로 90°의 화각을 제공합니다. 작동 거리는 3-15mm입니다. 이미지는 가장자리가 부드럽지만(통형 왜곡) 신장 결석을 확인하는 데는 적합합니다. 전체 어셈블리는 방수 및 살균을 위해 에폭시로 채워져 있습니다.
초소형 공간을 위한 내시경 카메라 렌즈는 작은 비구면 광학, 웨이퍼 수준 제조 및 능동 정렬을 사용하여 선명한 이미지를 생성합니다. 렌즈는 CMOS 카메라 모듈 센서와 함께 작동하며 전체 어셈블리는 종종 의료용 또는 산업용으로 미니 카메라 모듈에 패키지됩니다. 소비자 애플리케이션의 경우 UVC 카메라 모듈 규격을 준수하는 USB 카메라 모듈은 고정 초점 렌즈가 포함된 플러그 앤 플레이 솔루션을 제공합니다. 맞춤형 제품의 경우 OEM 카메라 모듈을 사용하면 렌즈 설계, 작동 거리 및 밀봉을 완벽하게 제어할 수 있습니다.
이 작은 렌즈의 작동 방식을 이해하면 혈관, 터빈 블레이드 또는 가정용 배수구 내부를 관찰해야 하는 등 용도에 맞는 내시경 카메라 모듈을 선택하는 데 도움이 됩니다.
미니 카메라 모듈부터 고해상도 USB 카메라 모듈까지 맞춤형 내시경 카메라 모듈이 필요한 경우 Sincere에 문의하세요. 우리는 정밀 광학 및 능동 정렬을 갖춘 OEM 카메라 모듈을 설계하고 제조합니다.
