Aantal keren bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 30-05-2026 Herkomst: Locatie
Ultraminiatuurcameramodules zijn de verborgen ogen in medische endoscopen, industriële endoscopen, draagbare apparaten en zelfs microdrones. Het ontwerpen van een camera die in een buis met een diameter van 2 mm past en scherpe, kleurnauwkeurige beelden levert, is een serieuze technische uitdaging. In dit artikel leggen we de belangrijkste stappen en afwegingen uit die betrokken zijn bij het ontwerpen van ultraminiatuurcameramodules, van het selecteren van de modulecamerasensor tot het assembleren van het eindproduct.
Een cameramodule wordt als 'ultraminiatuur' beschouwd als de buitendiameter minder dan 4 mm bedraagt, en vaak zo klein is als 1 mm tot 2 mm. Dergelijke modules worden doorgaans gebruikt in endoscoopcameramoduletoepassingen, waarbij de punt door smalle bloedvaten, traanbuisjes of kleine motoronderdelen moet navigeren. Ondanks de grootte moeten ze mogelijk 720p-, 1080p- of zelfs 4K-video uitvoeren.
Belangrijkste kenmerken van een ultraminiatuurontwerp:
Extreem kleine lenscilinder (vaak op maat gemaakt glas of plastic).
Bare-die-sensor geassembleerd met Chip-on-Board (COB)-technologie.
Flexibele printplaat (FPC) in plaats van een stijve PCB.
Geïntegreerde LED-verlichting rond de lens.
Waterdichte afdichting (IP67/IP68) voor medisch of industrieel gebruik.
De sensor is het hart van elke camera. Voor ultraminiatuurontwerpen kunt u geen standaard verpakte sensor gebruiken. In plaats daarvan hebt u een kale chip nodig die rechtstreeks met een draad op het flexcircuit kan worden aangesloten. Veel voorkomende keuzes zijn onder meer:
OmniVision OV6948 – een sensor van 0,65 mm x 0,65 mm met geïntegreerde lens, gebruikt in wegwerpendoscopen.
Sony IMX290 (bare die-versie) – 1/2,8″ sensor, veel groter, maar nog steeds mogelijk met een punt van 4‑5 mm.
Voor een hogere resolutie kan een 4K-endoscoopcameramodule een Sony IMX415 kale matrijs gebruiken, maar hierdoor wordt de puntdiameter vergroot tot ongeveer 4 mm.
Voor een basis 720p-cameramodule zijn sensoren zoals de OV9732 (1/9″) populair. De modulecamerasensor bepaalt de minimaal mogelijke diameter, dus kies de kleinste chip die voldoet aan uw resolutie en vereisten bij weinig licht.
In plaats van een stijve PCB gebruiken ultraminiatuurmodules een flexibele printplaat (FPC). De FPC is ontworpen om rond de sensor en lenshouder te wikkelen, waardoor ruimte wordt bespaard. De kale chip van de sensor wordt aan de FPC bevestigd met behulp van Chip-on-Board (COB) -technologie:
De matrijs wordt met epoxy op de FPC gelijmd.
Gouden draden zijn vanaf de sensorpads verbonden met de FPC-sporen.
Een boltop (epoxy) beschermt de draden.
COB elimineert het sensorpakket, waardoor de hoogte tot 1 mm wordt verminderd – cruciaal wanneer de totale dikte slechts 2 mm bedraagt.
De lens moet zo klein zijn als de sensor. Voor ultraminiatuurmodules zijn er twee opties:
Optica op waferniveau (WLO) – Lenzen worden op een glazen wafer geëtst en vervolgens in blokjes gesneden. Deze kunnen een diameter hebben van slechts 0,6 mm.
Precisie glazen bollenzen – Kleine bolvormige lenzen die in een metalen of plastic houder zijn gelijmd.
Voor een 720p-cameramodule kan een enkele plastic asferische lens voldoende zijn. Voor een 4K-endoscoopcameramodule hebt u een glazen lens met meerdere elementen nodig om de hoge details weer te geven – dit vergroot de tipdiameter.
De lens moet direct boven de sensor worden geplaatst. De brandpuntsafstand en werkafstand zijn vast; autofocus is op deze schaal vrijwel onmogelijk.
Zelfs een verschuiving van 10 micron tussen de lens en de sensor zal het beeld verpesten. Daarom wordt de lens tijdens de montage actief gepositioneerd – terwijl de sensor onder spanning staat, wordt de lens in X, Y, Z, kanteling en rotatie bewogen terwijl software de scherpte analyseert. Zodra de optimale positie is gevonden, wordt de lens op zijn plaats gelijmd met UV-uithardende lijm. Deze actieve uitlijningsstap is verplicht voor elke endoscoopcameramodule die streeft naar consistente kwaliteit.
De meeste endoscoopcameramodules bevatten een of meer kleine LED's rond de lens. De LED's zijn ook kale dies (chips) die rechtstreeks op de FPC zijn gemonteerd. Ze zijn in serie of parallel geschakeld en vaak bedekt met een transparante epoxy. De LED's moeten zo dicht mogelijk bij de lens worden geplaatst om schaduwen te voorkomen.
De FPC strekt zich uit van de camerakop tot een connector. Voor een USB-cameramodule kan de FPC eindigen op een USB-stekker of een miniatuur ZIF-connector. Voor een ingebed systeem zou de kabel MIPI CSI‑2-signalen kunnen transporteren. De kabellengte wordt beperkt door de signaalintegriteit; voor MIPI: houd deze onder de 30 cm; voor USB is tot 3 m mogelijk.
Het kabelingangspunt moet worden afgedicht met epoxy of een gegoten hoes om het binnendringen van vloeistof te voorkomen (IP67/IP68).
Voor medisch of industrieel gebruik moet de camerakop waterdicht zijn. De gehele constructie (sensor, draden, lenshouder) is ingegoten met epoxy of siliconen van medische kwaliteit. Het lensvenster blijft zichtbaar. De afdichting wordt getest door onderdompeling of drukverval.
Elke ultraminiatuurcameramodule ondergaat:
Optische tests – Resolutie (MTF), gezichtsveld, vervorming en scherptediepte.
Defecte pixeldetectie – In kaart brengen en corrigeren van dode pixels.
Witbalanskalibratie – Om consistente kleuren in alle modules te garanderen.
Waterdichtheidstest – Indien gespecificeerd.
Voor een 4K-endoscoopcameramodule moet de testapparatuur voldoende resolutie hebben om de 4K-scherpte te verifiëren.
Vaak past een standaardmodule niet bij een specifiek product. Een OEM-fabrikant van cameramodules zoals Sincere kan het volgende aanpassen:
Diameter – Van 1,5 mm tot 8 mm.
Kabellengte – Van 10 cm tot 3 m.
Lensparameters – Gezichtsveld (60° tot 140°), werkafstand (macro tot oneindig).
Interface – USB (UVC), MIPI of analoog.
Een OEM-cameramodule voor een medische endoscoop vereist ook biocompatibele materialen en sterilisatietolerantie.
Stel dat u een goedkope, ultraminiatuur USB-cameramodule nodig heeft voor auto-inspectie. De ontwerpkeuzes:
Sensor: OV9732 (720p, 1/9″, kale chip) – betaalbaar en klein.
Lens: Enkelvoudig asferisch plastic, gezichtsveld van 90°, vaste focus op 30 mm.
Montage: COB op FPC, actieve uitlijning.
Kabel: 1,5 m lange USB 2.0 met gegoten trekontlasting.
Behuizing: roestvrijstalen buis, IP67-gecertificeerd.
Uitgang: UVC-compatibel, plug-and-play.
Deze module zou een puntdiameter hebben van ongeveer 4 mm.
Voor een hoogwaardige medische endoscoopcameramodule is het volgende vereist:
Sensor: Sony IMX415 kale matrijs (8 MP, 1/2,8″).
Lens: Glazen lens met 5 elementen, gezichtsveld van 110°, vaste focus.
Montage: COB op rigid-flex PCB, actieve uitlijning.
Kabel: MIPI CSI‑2 via afgeschermde coaxiale bundel (kort, <30 cm) naar een afzonderlijk DSP-bord.
Behuizing: Titaniumbuis, biocompatibel, IP68.
Sterilisatie: Compatibel met autoclaaf.
De diameter zal ongeveer 5-6 mm zijn – groter dan de 720p-versie, maar geschikt voor 4K-resolutie.
Beeldkwaliteit versus formaat – Kleinere sensoren hebben kleinere pixels, die minder licht opvangen. Een 720p-cameramodule met 1,4 µm pixels zal luidruchtiger zijn dan een 1080p-module met 2,0 µm pixels, maar voor dit laatste is een grotere tip vereist.
Warmteafvoer – Een 4K-endoscoopcameramodule genereert meer warmte. In een goed afgesloten buis van 4 mm kan hitte het beeld verslechteren of de sensor beschadigen. Pulseer de LED's en verlaag de framesnelheid om de warmte te beheersen.
Opbrengst – Ultraminiatuur COB-assemblage heeft een hoger afkeurpercentage dan standaard SMT. Verwacht een leercurve.
Het ontwerpen van ultraminiatuurcameramodules vereist een diepgaand begrip van sensorverpakkingen (bare die, COB), micro-optica, actieve uitlijning en waterdichte afdichting. De modulecamerasensor bepaalt de minimaal haalbare diameter, terwijl de lenscomplexiteit de beeldkwaliteit bepaalt. Voor een basis 720p-cameramodule zijn een enkele plastic asferische lens en een kleine sensor zoals de OV9732 voldoende. Voor een 4K-endoscoopcameramodule zijn een glazen lens met meerdere elementen en een grotere sensor (bijvoorbeeld IMX415) nodig, waardoor de tipdiameter groter wordt. Met een OEM-cameramodulebenadering kunt u elk aspect – diameter, kabellengte, gezichtsveld en interface – aanpassen aan uw specifieke toepassing, of het nu gaat om een medische wegwerpscoop of een industriële endoscoop. Als u een USB-cameramodule met ultraminiatuurafmetingen nodig heeft, zijn dezelfde principes van toepassing, maar de interface is vereenvoudigd tot UVC via USB.
Bij Sincere ontwerpen en produceren we ultraminiatuurcameramodules voor medische, industriële en consumententoepassingen. Neem contact met ons op om uw endoscoopcameramoduleproject te bespreken.
