Visninger: 0 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstid: 30-05-2026 Opprinnelse: nettsted
Ultra-miniatyrkameramoduler er de skjulte øynene inne i medisinske endoskoper, industrielle boreskoper, bærbare enheter og til og med mikrodroner. Å designe et kamera som passer inn i et rør med en diameter på 2 mm samtidig som det gir skarpe, fargenøyaktige bilder er en alvorlig ingeniørutfordring. I denne artikkelen forklarer vi de viktigste trinnene og avveiningene som er involvert i utformingen av ultraminiatyrkameramoduler, fra valg av modulkamerasensor til montering av sluttproduktet.
En kameramodul regnes som «ultra-miniatyr» når dens ytre diameter er mindre enn 4 mm, og ofte så liten som 1 mm til 2 mm. Slike moduler brukes vanligvis i endoskopkameramodulapplikasjoner, der spissen må navigere i trange blodårer, tårekanaler eller bittesmå motorkomponenter. Til tross for størrelsen kan det hende de må sende ut 720p, 1080p eller til og med 4K-video.
Nøkkelegenskapene til en ultraminiatyrdesign:
Ekstremt liten linsehylse (ofte spesiallaget glass eller plast).
Bare-die-sensor satt sammen med Chip-on-Board-teknologi (COB).
Fleksibel trykt krets (FPC) i stedet for et stivt PCB.
Integrert LED-belysning rundt linsen.
Vanntett forsegling (IP67/IP68) for medisinsk eller industriell bruk.
Sensoren er hjertet i ethvert kamera. For ultraminiatyrdesign kan du ikke bruke en standard pakket sensor. I stedet trenger du en blank dyse som kan wire-bondes direkte til flex-kretsen. Vanlige valg inkluderer:
OmniVision OV6948 – en 0,65 mm × 0,65 mm sensor med integrert linse, brukt i endoskoper.
Sony IMX290 (bare diesversjon) – 1/2,8' sensor, mye større, men fortsatt mulig i en 4-5 mm spiss.
For høyere oppløsning kan en 4k-endoskop-kameramodul bruke en Sony IMX415 bar die, men dette øker tuppdiameteren til omtrent 4 mm.
For en grunnleggende 720p-kameramodul er sensorer som OV9732 (1/9″) populære. Modulkamerasensoren bestemmer minimum mulig diameter, så velg den minste formen som oppfyller kravene til oppløsning og lite lys.
I stedet for et stivt PCB bruker ultraminiatyrmoduler en fleksibel trykt krets (FPC). FPC-en er designet for å vikle rundt sensoren og linseholderen, noe som sparer plass. Sensoren er festet til FPC-en ved hjelp av Chip-on-Board (COB) -teknologi:
Dysen limes på FPC med epoksy.
Gulltråder er festet fra sensorputene til FPC-sporene.
En kuletopp (epoksy) beskytter ledningene.
COB eliminerer sensorpakken, og reduserer høyden med opptil 1 mm – kritisk når total tykkelse bare er 2 mm.
Linsen må være like liten som sensoren. For ultraminiatyrmoduler er det to alternativer:
Wafer-level optikk (WLO) – Linser er etset på en glassplate og deretter kuttet i terninger. Disse kan være så små som 0,6 mm i diameter.
Presisjonsglasskuleglass – Små sfæriske linser som limes inn i en metall- eller plastholder.
For en 720p kameramodul kan en enkelt asfærisk plastlinse være nok. For en 4k-endoskopkameramodul trenger du en glasslinse med flere elementer for å løse de høye detaljene – dette øker tuppdiameteren.
Linsen må plasseres rett over sensoren. Brennvidden og arbeidsavstanden er faste; autofokus er nesten umulig i denne skalaen.
Selv et skift på 10 mikron mellom objektivet og sensoren vil ødelegge bildet. Derfor, under montering, er objektivet posisjonert aktivt – mens sensoren er aktiv, flyttes linsen i X, Y, Z, tilt og rotasjon mens programvare analyserer skarpheten. Når den optimale posisjonen er funnet, limes linsen på plass med UV-herdende lim. Dette aktive justeringstrinnet er obligatorisk for alle endoskopkameramoduler som tar sikte på konsistent kvalitet.
De fleste endoskopkameramoduler inkluderer en eller flere små lysdioder rundt linsen. LED-ene er også bare dies (brikker) montert direkte på FPC. De er koblet i serie eller parallelt og ofte dekket med en gjennomsiktig epoksy. LED-ene må plasseres så nær linsen som mulig for å unngå skygger.
FPC-en strekker seg fra kamerahodet til en kontakt. For en USB-kameramodul kan FPC-en ende i en USB-plugg eller en miniatyr ZIF-kontakt. For et innebygd system kan kabelen bære MIPI CSI-2-signaler. Kabellengden er begrenset av signalintegritet; for MIPI, hold den under 30 cm; for USB er opptil 3 m mulig.
Kabelinnføringspunktet må forsegles med epoksy eller en overstøpt støvel for å hindre væskeinntrengning (IP67/IP68).
For medisinsk eller industriell bruk må kamerahodet være vanntett. Hele enheten (sensor, ledninger, linseholder) er innkapslet med medisinsk epoksy eller silikon. Linsevinduet forblir eksponert. Tetningen testes ved nedsenking eller trykkfall.
Hver ultraminiatyrkameramodul gjennomgår:
Optiske tester – Oppløsning (MTF), synsfelt, forvrengning og dybdeskarphet.
Defekt pikseldeteksjon – Kartlegging og korrigering av døde piksler.
Hvitbalansekalibrering – For å sikre konsistente farger på tvers av moduler.
Vanntett test – hvis spesifisert.
For en 4K-endoskopkameramodul må testutstyret ha tilstrekkelig oppløsning til å verifisere 4K-skarphet.
Ofte passer ikke en standardmodul til et bestemt produkt. En OEM-kameramodulprodusent som Sincere kan tilpasse:
Diameter – Fra 1,5 mm til 8 mm.
Kabellengde – Fra 10 cm til 3 m.
Objektivparametere – Synsfelt (60° til 140°), arbeidsavstand (makro til uendelig).
Grensesnitt – USB (UVC), MIPI eller analog.
En OEM-kameramodul for et medisinsk endoskop vil også kreve biokompatible materialer og steriliseringstoleranse.
Anta at du trenger en rimelig, ultraminiatyr USB-kameramodul for bilinspeksjon. Designvalgene:
Sensor: OV9732 (720p, 1/9″, bare die) – rimelig og liten.
Objektiv: Enkelt asfærisk plast, 90° FOV, fast fokus på 30 mm.
Montering: COB på FPC, aktiv justering.
Kabel: 1,5 m lang USB 2.0 med overstøpt strekkavlastning.
Hus: Rustfritt stålrør, IP67-klassifisert.
Utgang: UVC-kompatibel, plug-and-play.
Denne modulen vil ha en spissdiameter på ca. 4 mm.
En avansert medisinsk endoskopkameramodul krever:
Sensor: Sony IMX415 bar die (8 MP, 1/2,8').
Objektiv: 5-elements glasslinse, 110° FOV, fast fokus.
Montering: COB på rigid-flex PCB, aktiv justering.
Kabel: MIPI CSI‑2 over skjermet koaksial bunt (kort, <30 cm) til et separat DSP-kort.
Hus: Titanrør, biokompatibel, IP68.
Sterilisering: Autoklavkompatibel.
Diameteren vil være rundt 5-6 mm – større enn 720p-versjonen, men i stand til 4K-oppløsning.
Bildekvalitet vs. størrelse – Mindre sensorer har mindre piksler, som fanger opp mindre lys. En 720p-kameramodul med 1,4 µm piksler vil støye mer enn en 1080p-modul med 2,0 µm piksler, men sistnevnte krever en større spiss.
Varmespredning – En 4k endoskopkameramodul genererer mer varme. I et tett forseglet 4 mm rør kan varme forringe bildet eller skade sensoren. Pulser lysdiodene og reduser bildefrekvensen for å håndtere varmen.
Yield – Ultra-miniatyr COB-enhet har en høyere avvisningsrate enn standard SMT. Forvent en læringskurve.
Utforming av ultraminiatyrkameramoduler krever en dyp forståelse av sensoremballasje (bar die, COB), mikrooptikk, aktiv justering og vanntett forsegling. Modulkamerasensoren bestemmer minimum oppnåelig diameter, mens objektivets kompleksitet dikterer bildekvaliteten. For en grunnleggende 720p-kameramodul er en enkelt asfærisk plastlinse og en liten sensor som OV9732 tilstrekkelig. For en 4k-endoskopkameramodul er det nødvendig med en glasslinse med flere elementer og en større sensor (f.eks. IMX415), noe som øker tuppdiameteren. En OEM-kameramodultilnærming lar deg tilpasse alle aspekter – diameter, kabellengde, synsfelt og grensesnitt – for å passe til din spesifikke applikasjon, enten det er et medisinsk engangssikte eller et industrielt boreskop. Hvis du trenger en USB-kameramodul med ultraminiatyrdimensjoner, gjelder de samme prinsippene, men grensesnittet er forenklet til UVC over USB.
Hos Sincere designer og produserer vi ultraminiatyrkameramoduler for medisinske, industrielle og forbrukerapplikasjoner. Kontakt oss for å diskutere ditt endoskopkameramodulprosjekt.
