Bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 04-06-2026 Herkomst: Locatie
Een endoscoopcameramodule is ontworpen om te zien waar uw ogen niet kunnen reiken: in een menselijk gewricht, een straalmotor of een afvoerleiding. De lens aan de punt van de richtkijker is het meest kritische onderdeel. In ultrakleine ruimtes (diameters van 2–5 mm of zelfs minder) is het ontwerpen van een lens die een scherp, breed en goed verlicht beeld vastlegt een serieuze optische uitdaging. In dit artikel wordt uitgelegd hoe endoscoopcameralenzen werken in zulke kleine omgevingen, en hoe verschillende soorten modules – van een minicameramodule voor medisch gebruik tot een USB-cameramodule voor industriële endoscopen – dit bereiken.
Een typische cameralens voor een smartphone heeft een diameter van ongeveer 5-8 mm. Bij een endoscoop moet het hele camerasamenstel in een buisje passen dat vaak kleiner is dan een rijstkorrel. Dit betekent:
De lens moet extreem klein zijn – soms zo klein als een diameter van 0,6 mm.
Het aantal lenselementen is beperkt (vaak slechts één of twee stukjes glas of plastic).
De lens moet een zeer korte brandpuntsafstand hebben om objecten te kunnen zien die slechts enkele millimeters verwijderd zijn.
De scherptediepte moet groot zijn zodat objecten van 3 mm tot 50 mm zonder autofocus scherp lijken.
De lens moet worden afgedicht tegen vloeistoffen en sterilisatie (voor medisch gebruik).
Om een breed gezichtsveld (doorgaans 90° tot 140°) en voldoende scherptediepte te bereiken, gebruiken endoscooplenzen een of een combinatie van de volgende technieken:
Asferische oppervlakken – Eén enkele asferische lens kan twee sferische lenzen vervangen, waardoor ruimte wordt bespaard en vervorming en sferische aberratie worden gecorrigeerd.
Glas of plastic met hoge index – Materialen met een hoge brekingsindex buigen het licht meer, waardoor een kortere brandpuntsafstand en een kleinere lens mogelijk zijn.
Optica op waferniveau – Honderden kleine lenzen worden op een glazen wafer geëtst en vervolgens in blokjes gesneden. Deze wordt gebruikt voor wegwerpendoscopen.
Samengestelde lens – Twee of drie kleine lenselementen op elkaar gestapeld (bijvoorbeeld een negatieve lens aan de voorkant en een positieve lens aan de achterkant) om de beeldkwaliteit te verbeteren terwijl de diameter klein blijft.
De lens focust het licht op een cmos-cameramodulesensor. In een typische endoscoopcameramodule is de sensor ook erg klein – vaak 1/9″ tot 1/6″ (ongeveer 1,5-3 mm diagonaal). De lens projecteert een beeldcirkel die overeenkomt met het actieve gebied van de sensor. Omdat de lens een vaste focus heeft, is deze ingesteld op een hyperfocale afstand. Alles vanaf de helft van die afstand tot oneindig is acceptabel scherp. Een lens ingesteld op 15 mm houdt bijvoorbeeld objecten van 8 mm tot oneindig scherp.
De sensor zet het licht om in elektrische signalen. In een moderne cmos-cameramodule verbetert de back-illuminated (BSI)-technologie de gevoeligheid, waardoor het kleine diafragma wordt gecompenseerd.
Minicameramodule (medisch of industrieel) – Een minicameramodule voor een wegwerpendoscoop (bijvoorbeeld 2 mm diameter) maakt gebruik van een enkele plastic asferische lens. De lens wordt via actieve uitlijning rechtstreeks op de sensor gelijmd. De werkafstand is vast, doorgaans 5-20 mm voor medisch gebruik. Er is geen autofocus; de grote scherptediepte dekt het benodigde bereik.
USB-cameramodule (consumentenborescoop) – Een USB-cameramodule voor thuisinspectie heeft vaak een punt met een diameter van 5,5 mm en een glazen lens met drie elementen. Het kan een ring van witte LED's rond de lens bevatten. De lens heeft een vaste focus en is ingesteld op een werkafstand van ongeveer 30-100 mm. Het beeld wordt gestreamd via USB 2.0 en de UVC-cameramodulestandaard maakt het plug-and-play.
OEM-cameramodule (aangepast ontwerp) – Voor gespecialiseerde toepassingen kan een OEM-cameramodule worden ontworpen met een aangepaste lens. Bijvoorbeeld een lens met een zeer breed gezichtsveld (140°) voor pijpleidinginspectie, of een macrolens voor het inspecteren van kleine elektronica. De OEM-leverancier selecteert het lensmateriaal (glas vanwege duurzaamheid, plastic vanwege de kosten), het aantal elementen en de coating (antireflecterend, hydrofoob).
UVC-cameramodule – Een UVC-cameramodule is in wezen een USB-cameramodule die de USB Video Class-standaard volgt. De lenseigenschappen zijn hetzelfde, maar de firmwarerapporten ondersteunen resolutie en framesnelheden. De gebruiker hoeft geen stuurprogramma te installeren.
Bij alle endoscopen, behalve bij de goedkoopste, wordt de lens niet zomaar in een houder geschroefd. In plaats daarvan gebruikt de fabrikant een actief uitlijningsproces :
De sensor wordt ingeschakeld en geeft een testdiagram weer.
De lens wordt in zes assen (X, Y, Z, tilt, pitch, yaw) bewogen door een robotmanipulator.
Software analyseert de beeldscherpte en centrering.
Zodra de optimale positie is gevonden, wordt de lens vastgezet met UV-uithardende lijm.
Actieve uitlijning compenseert kleine mechanische toleranties in de lenshouder en sensorplaatsing. Zonder dit zou het beeld aan één kant wazig zijn of zou de focus niet goed zijn. Dit proces is van cruciaal belang voor zowel een minicameramodule voor een 2 mm-endoscoop als een industriële 4K-borescoop.
In een ultrakleine ruimte is er geen ruimte voor externe verlichting. Daarom bevat de endoscoopcameramodule zijn eigen LED's die rond de lens zijn geplaatst. De LED's moeten zo worden geplaatst dat:
Ze creëren geen schaduw op de lenscilinder.
Het licht is naar voren gericht (of zijwaarts met een prisma).
De verlichting is uniform over het gezichtsveld.
De lenscilinder zelf kan een afgeschuind of verzonken ontwerp hebben, zodat de LED's dichter bij de optische as kunnen worden geplaatst, waardoor donkere vlekken worden verminderd.
Overweeg een wegwerp-ureteroscoop. De puntdiameter is 2 mm. Binnenin bevindt zich:
Eén enkele asferische lens van kunststof met een diameter van 1,4 mm.
Een 1/9″ CMOS-sensor (400×400 pixels).
Twee witte LED-chips aan de zijkanten van de lens.
Een flexibel circuit dat op de kabel wordt aangesloten.
De lens heeft een brandpuntsafstand van 1,2 mm, wat een gezichtsveld van 90° oplevert. De werkafstand bedraagt 3‑15 mm. Het beeld is zacht aan de randen (tonvervorming) maar acceptabel voor het zien van een niersteen. Het gehele geheel is ingegoten met epoxy voor waterdichtheid en sterilisatie.
Endoscoopcameralenzen voor ultrakleine ruimtes zijn afhankelijk van kleine asferische optica, productie op wafelniveau en actieve uitlijning om een scherp beeld te produceren. De lens werkt samen met een cmos-cameramodulesensor, en het geheel wordt vaak verpakt in een minicameramodule voor medisch of industrieel gebruik. Voor consumententoepassingen biedt een USB-cameramodule die voldoet aan UVC-cameramodules een plug-and-play-oplossing met een lens met vaste focus. Voor op maat gemaakte producten biedt een OEM-cameramodule volledige controle over het lensontwerp, de werkafstand en de afdichting.
Als u begrijpt hoe deze kleine lenzen werken, kunt u de juiste endoscoopcameramodule voor uw toepassing kiezen – of u nu in een bloedvat, een turbineblad of een huishoudelijke afvoer moet kijken.
Als u een op maat gemaakte endoscoopcameramodule nodig heeft – van een minicameramodule tot een USB-cameramodule met hoge resolutie – neem dan contact op met Sincere. Wij ontwerpen en produceren OEM-cameramodules met precisie-optiek en actieve uitlijning.
