Vizualizări: 0 Autor: Editor site Ora publicării: 2026-05-30 Origine: Site
Modulele de camere ultra-miniaturale sunt ochii ascunși din endoscoapele medicale, boroscoapele industriale, dispozitivele portabile și chiar microdronele. Proiectarea unei camere care se potrivește într-un tub cu diametrul de 2 mm, oferind în același timp imagini clare și precise la culoare este o provocare inginerească serioasă. În acest articol, explicăm pașii cheie și compromisurile implicate în proiectarea modulelor de cameră ultra-miniaturale, de la selectarea senzorului camerei modulului până la asamblarea produsului final.
Un modul de cameră este considerat „ultra-miniatural” atunci când diametrul său exterior este mai mic de 4 mm și adesea chiar de la 1 mm la 2 mm. Astfel de module sunt utilizate în mod obișnuit în aplicațiile modulelor camerei endoscopice, unde vârful trebuie să navigheze în vase de sânge înguste, canale lacrimale sau componente minuscule ale motorului. În ciuda dimensiunii, este posibil să fie nevoie să scoată video 720p, 1080p sau chiar 4K.
Caracteristicile cheie ale unui design ultraminiatural:
Butoiul lentilei extrem de mic (deseori din sticlă sau plastic personalizat).
Senzor bare-die asamblat cu tehnologia Chip-on-Board (COB).
Circuit imprimat flexibil (FPC) în loc de un PCB rigid.
Iluminare LED integrată în jurul lentilei.
Etanșare impermeabilă (IP67/IP68) pentru uz medical sau industrial.
Senzorul este inima oricărei camere. Pentru modelele ultraminiaturale, nu puteți utiliza un senzor standard ambalat. În schimb, aveți nevoie de o matriță goală care poate fi legată direct de circuitul flexibil. Alegerile comune includ:
OmniVision OV6948 – un senzor de 0,65 mm × 0,65 mm cu lentilă integrată, utilizat în endoscoapele de unică folosință.
Sony IMX290 (versiunea cu matriță goală) – senzor de 1/2.8″, mult mai mare, dar încă posibil într-un vârf de 4-5 mm.
Pentru o rezoluție mai mare, un modul de cameră endoscop 4k poate folosi o matriță goală Sony IMX415, dar acest lucru crește diametrul vârfului la aproximativ 4 mm.
Pentru un modul de cameră de bază 720p, senzorii precum OV9732 (1/9″) sunt populari. Senzorul camerei modulului determină diametrul minim posibil, așa că alegeți cea mai mică matriță care corespunde cerințelor dvs. de rezoluție și lumină scăzută.
În loc de un PCB rigid, modulele ultraminiaturale folosesc un circuit imprimat flexibil (FPC). FPC este proiectat să se înfășoare în jurul senzorului și al suportului pentru lentile, economisind spațiu. Matrița goală a senzorului este atașată la FPC utilizând Chip-on-Board (COB) : tehnologia
Matrița este lipită pe FPC cu epoxid.
Firele de aur sunt legate de la senzorii la urmele FPC.
Un glob top (epoxidic) protejează firele.
COB elimină pachetul de senzori, reducând înălțimea cu până la 1 mm – critic atunci când grosimea totală este de numai 2 mm.
Lentila trebuie să fie la fel de mică ca senzorul. Pentru modulele ultraminiaturale, există două opțiuni:
Optică la nivel de plachetă (WLO) – Lentilele sunt gravate pe o placă de sticlă și apoi tăiate cubulețe. Acestea pot avea un diametru de până la 0,6 mm.
Lentile de precizie cu bile de sticlă – lentile sferice minuscule care sunt lipite într-un suport de metal sau plastic.
Pentru un modul de cameră 720p, o singură lentilă asferică din plastic poate fi suficientă. Pentru un modul de cameră endoscop 4k, aveți nevoie de o lentilă de sticlă cu mai multe elemente pentru a rezolva detaliile ridicate - acest lucru mărește diametrul vârfului.
Lentila trebuie plasată direct peste senzor. Distanța focală și distanța de lucru sunt fixe; focalizarea automată este aproape imposibilă la această scară.
Chiar și o schimbare de 10 microni între obiectiv și senzor va distruge imaginea. Prin urmare, în timpul asamblarii, obiectivul este poziționat activ - în timp ce senzorul este activ, obiectivul este mișcat în X, Y, Z, înclinare și rotație, în timp ce software-ul analizează claritatea. Odată ce este găsită poziția optimă, lentila este lipită cu adeziv cu întărire UV. Acest pas de aliniere activă este obligatoriu pentru orice modul de cameră de endoscop care urmărește o calitate constantă.
Majoritatea modulelor camerelor endoscopice includ unul sau mai multe LED-uri minuscule în jurul obiectivului. LED-urile sunt, de asemenea, matrițe goale (cipuri) montate direct pe FPC. Ele sunt conectate în serie sau paralel și adesea acoperite cu un epoxid transparent. LED-urile trebuie plasate cât mai aproape de obiectiv pentru a evita umbrele.
FPC se extinde de la capul camerei la un conector. Pentru un modul de cameră USB, FPC se poate termina cu o mufă USB sau un conector ZIF miniatural. Pentru un sistem încorporat, cablul poate transporta semnale MIPI CSI-2. Lungimea cablului este limitată de integritatea semnalului; pentru MIPI, păstrați-l sub 30 cm; pentru USB, este posibilă până la 3 m.
Punctul de intrare a cablului trebuie etanșat cu epoxid sau cu o manta supramulată pentru a preveni pătrunderea fluidului (IP67/IP68).
Pentru uz medical sau industrial, capul camerei trebuie să fie impermeabil. Întregul ansamblu (senzor, fire, suport pentru lentile) este acoperit cu epoxidic sau silicon de calitate medicală. Fereastra obiectivului rămâne expusă. Etanșarea este testată prin scufundare sau scădere a presiunii.
Fiecare modul de cameră ultraminiatural suferă:
Teste optice – Rezoluție (MTF), câmp vizual, distorsiune și adâncime de câmp.
Detectare defectuoasă a pixelilor – Maparea și corectarea pixelilor morți.
Calibrarea balansului de alb – Pentru a asigura o culoare consistentă între module.
Test de impermeabilitate – Dacă este specificat.
Pentru un modul de cameră endoscop 4k, echipamentul de testare trebuie să aibă o rezoluție suficientă pentru a verifica claritatea 4K.
Adesea, un modul standard nu se potrivește unui anumit produs. Un producător de module de cameră OEM precum Sincere poate personaliza:
Diametru – de la 1,5 mm la 8 mm.
Lungimea cablului – de la 10 cm la 3 m.
Parametrii obiectivului – Câmp vizual (60° până la 140°), distanța de lucru (macro până la infinit).
Interfață – USB (UVC), MIPI sau analogică.
Un modul de cameră OEM pentru un endoscop medical va necesita, de asemenea, materiale biocompatibile și toleranță la sterilizare.
Să presupunem că aveți nevoie de un modul de cameră USB ultraminiatural, cu preț redus, pentru inspecția auto. Alegerile de design:
Senzor: OV9732 (720p, 1/9″, matriță goală) – accesibil și mic.
Lentila: asferică din plastic, 90° FOV, focalizare fixă la 30 mm.
Asamblare: COB pe FPC, aliniere activă.
Cablu: USB 2.0 de 1,5 m lungime cu dispozitiv de detensionare supraformat.
Carcasă: Tub din oțel inoxidabil, clasificat IP67.
Ieșire: compatibil UVC, plug-and-play.
Acest modul ar avea un diametru de vârf de aproximativ 4 mm.
Un modul de cameră cu endoscop medical de ultimă generație necesită:
Senzor: Sony IMX415 bare die (8 MP, 1/2.8″).
Lentilă: lentilă din sticlă cu 5 elemente, 110° FOV, focalizare fixă.
Asamblare: COB pe PCB rigid-flex, aliniere activă.
Cablu: MIPI CSI‑2 peste pachet coaxial ecranat (scurt, <30 cm) către o placă DSP separată.
Carcasă: tub din titan, biocompatibil, IP68.
Sterilizare: Compatibil cu autoclave.
Diametrul va fi de aproximativ 5-6 mm - mai mare decât versiunea 720p, dar capabil să aibă o rezoluție 4K.
Calitatea imaginii vs. dimensiune – Senzorii mai mici au pixeli mai mici, care captează mai puțină lumină. Un modul de cameră 720p cu pixeli de 1,4 µm va fi mai zgomotos decât un modul de 1080p cu pixeli de 2,0 µm, dar acesta din urmă necesită un vârf mai mare.
Disiparea căldurii – Un modul de cameră endoscop 4k generează mai multă căldură. Într-un tub de 4 mm etanș, căldura poate degrada imaginea sau poate deteriora senzorul. Pulsați LED-urile și reduceți frecvența cadrelor pentru a gestiona căldura.
Randament – Ansamblul COB ultraminiatural are o rată de respingere mai mare decât SMT standard. Așteptați-vă la o curbă de învățare.
Proiectarea modulelor de camere ultra-miniaturale necesită o înțelegere profundă a ambalajului senzorului (matriță goală, COB), micro-optică, aliniere activă și etanșare impermeabilă. Senzorul camerei modulului determină diametrul minim realizabil, în timp ce complexitatea obiectivului dictează calitatea imaginii. Pentru un modul de cameră de bază 720p, sunt suficiente o singură lentilă asferică din plastic și un senzor mic precum OV9732. Pentru un modul de cameră endoscop 4k, sunt necesare o lentilă de sticlă cu mai multe elemente și un senzor mai mare (de exemplu, IMX415), care măresc diametrul vârfului. O abordare cu modulul camerei OEM vă permite să personalizați fiecare aspect - diametrul, lungimea cablului, câmpul vizual și interfața - pentru a se potrivi aplicației dvs. specifice, fie că este vorba de un lunetă medical de unică folosință sau de un boroscop industrial. Dacă aveți nevoie de un modul de cameră USB cu dimensiuni ultraminiaturale, se aplică aceleași principii, dar interfața este simplificată la UVC prin USB.
La Sincere, proiectăm și fabricăm module de camere ultra-miniaturale pentru aplicații medicale, industriale și de consum. Contactați-ne pentru a discuta despre proiectul dvs. pentru modulul camerei endoscopice.
