Visninger: 0 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2026-06-04 Opprinnelse: nettsted
En endoskopkameramodul er designet for å se hvor øynene dine ikke kan nå – inne i en menneskelig ledd, en jetmotor eller et rørleggerrør. Linsen på tuppen av kikkerten er den mest kritiske delen. I ultrasmå områder (diametre på 2–5 mm eller enda mindre), er det en alvorlig optisk utfordring å designe et objektiv som tar et skarpt, bredt og godt opplyst bilde. Denne artikkelen forklarer hvordan endoskopkameralinser fungerer i slike trange miljøer, og hvordan ulike typer moduler – fra en minikameramodul for medisinsk bruk til en USB-kameramodul for industrielle boreskoper – oppnår dette.
En typisk kameralinse for en smarttelefon er omtrent 5-8 mm i diameter. I et endoskop må hele kameraenheten passe inn i et rør som ofte er mindre enn et riskorn. Dette betyr:
Linsen må være ekstremt liten – noen ganger så liten som 0,6 mm i diameter.
Antall linseelementer er begrenset (ofte bare ett eller to stykker glass eller plast).
Objektivet må ha svært kort brennvidde for å se objekter som er bare noen få millimeter unna.
Dybdeskarpheten må være stor slik at objekter fra 3 mm til 50 mm fremstår som skarpe uten autofokus.
Linsen må være forseglet mot væsker og sterilisering (for medisinsk bruk).
For å oppnå et bredt synsfelt (vanligvis 90° til 140°) og tilstrekkelig dybdeskarphet, bruker endoskoplinser en eller en kombinasjon av følgende teknikker:
Asfæriske overflater – En enkelt asfærisk linse kan erstatte to sfæriske linser, og spare plass samtidig som den korrigerer forvrengning og sfærisk aberrasjon.
Glass eller plast med høy indeks – Materialer med høy brytningsindeks bøyer lys mer, noe som gir kortere brennvidde og et mindre objektiv.
Optikk på wafer-nivå – Hundrevis av bittesmå linser er etset på en glassplate og deretter kuttet i terninger. Dette brukes til endoskoper.
Sammensatt linse – To eller tre bittesmå linseelementer stablet sammen (f.eks. en front negativ linse og en bakre positiv linse) for å forbedre bildekvaliteten samtidig som diameteren holdes liten.
Objektivet fokuserer lys på en CMOS-kameramodulsensor. I en typisk endoskopkameramodul er sensoren også veldig liten – ofte 1/9″ til 1/6″ (omtrent 1,5‑3 mm diagonal). Linsen projiserer en bildesirkel som samsvarer med sensorens aktive område. Fordi objektivet har fast fokus, er det satt til en hyperfokal avstand. Alt fra halve avstanden til uendelig er akseptabelt skarpt. For eksempel vil et objektiv satt til 15 mm holde objekter fra 8 mm til uendelig i fokus.
Sensoren konverterer lyset til elektriske signaler. I en moderne cmos-kameramodul forbedrer bakbelyst (BSI) teknologi følsomheten, og kompenserer for den lille blenderåpningen.
Minikameramodul (medisinsk eller industriell) – En minikameramodul for et endoskop (f.eks. 2 mm diameter) bruker en enkelt asfærisk plastlinse. Linsen limes direkte på sensoren ved hjelp av aktiv justering. Arbeidsavstanden er fast, vanligvis 5-20 mm for medisinsk bruk. Det er ingen autofokus; den store dybdeskarpheten dekker det nødvendige området.
USB-kameramodul (Consumer Borescope) – En USB-kameramodul for hjemmeinspeksjon har ofte en spiss på 5,5 mm i diameter med en glasslinse med tre elementer. Det kan inkludere en ring med hvite lysdioder rundt linsen. Objektivet har fast fokus, satt til en arbeidsavstand på ca. 30-100 mm. Bildet streames over USB 2.0, og UVC-kameramodulstandarden gjør det plug-and-play.
OEM-kameramodul (tilpasset design) – For spesialiserte applikasjoner kan en OEM-kameramodul utformes med et tilpasset objektiv. For eksempel et objektiv med et veldig bredt synsfelt (140°) for rørledningsinspeksjon, eller et makroobjektiv for inspeksjon av bittesmå elektronikk. OEM-leverandøren velger linsematerialet (glass for holdbarhet, plast for kostnad), antall elementer og belegg (antireflekterende, hydrofobisk).
UVC-kameramodul – En UVC-kameramodul er i hovedsak en USB-kameramodul som følger USB Video Class-standarden. Objektivets egenskaper er de samme, men fastvaren rapporterer støttet oppløsning og bildefrekvens. Brukeren trenger ikke å installere en driver.
I alle unntatt de billigste endoskopene er linsen ikke bare skrudd inn i en holder. I stedet bruker produsenten en aktiv justeringsprosess:
Sensoren er slått på og viser et testskjema.
Linsen beveges i seks akser (X, Y, Z, tilt, pitch, yaw) av en robotmanipulator.
Programvare analyserer bildeskarphet og sentrering.
Når den optimale posisjonen er funnet, festes linsen med UV-herdende lim.
Aktiv justering kompenserer for små mekaniske toleranser i linseholderen og sensorplasseringen. Uten det ville bildet vært uskarpt på den ene siden, eller fokuset ville være av. Denne prosessen er kritisk for både en minikameramodul for et 2 mm endoskop og et 4K industrielt boreskop.
På en svært liten plass er det ikke plass til ekstern belysning. Derfor inkluderer endoskopkameramodulen sine egne lysdioder plassert rundt linsen. LED-ene må plasseres slik at:
De lager ikke en skygge fra linsehylsen.
Lyset rettes fremover (eller sideover med et prisme).
Belysningen er jevn over synsfeltet.
Selve linsehylsen kan ha en avfaset eller forsenket design for å tillate at lysdiodene plasseres nærmere den optiske aksen, og reduserer mørke flekker.
Vurder et engangsureteroskop. Spissens diameter er 2 mm. Inne er det:
En enkelt asfærisk linse i plast, 1,4 mm i diameter.
En 1/9' CMOS-sensor (400×400 piksler).
To hvite LED-brikker på sidene av linsen.
En fleksibel krets som kobles til kabelen.
Objektivet har en brennvidde på 1,2 mm, noe som gir et synsfelt på 90°. Arbeidsavstanden er 3-15 mm. Bildet er mykt i kantene (tønneforvrengning), men akseptabelt for å se en nyrestein. Hele enheten er pottet med epoksy for vanntetting og sterilisering.
Endoskopkameralinser for ultra-små områder er avhengige av bittesmå asfærisk optikk, produksjon på wafer-nivå og aktiv justering for å produsere et skarpt bilde. Objektivet fungerer sammen med en cmos-kameramodulsensor, og hele sammenstillingen er ofte pakket inn i en minikameramodul for medisinsk eller industriell bruk. For forbrukerapplikasjoner gir en USB-kameramodul med UVC-kameramodulkompatibilitet en plug-and-play-løsning med et objektiv med fast fokus. For tilpassede produkter gir en OEM-kameramodul full kontroll over objektivdesign, arbeidsavstand og forsegling.
Å forstå hvordan disse bittesmå linsene fungerer, hjelper deg å velge riktig endoskopkameramodul for applikasjonen din – enten du trenger å se innsiden av en blodåre, et turbinblad eller et husholdningsavløp.
Hvis du trenger en tilpasset endoskopkameramodul – fra en minikameramodul til en høyoppløselig USB-kameramodul – kontakt Sincere. Vi designer og produserer OEM-kameramoduler med presisjonsoptikk og aktiv justering.
