Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 4 июня 2026 г. Происхождение: Сайт
Модуль камеры эндоскопа предназначен для того, чтобы видеть то, чего не могут достичь ваши глаза – внутри человеческого сустава, реактивного двигателя или водопроводной трубы. Линза на кончике прицела – самая важная часть. В сверхмалых пространствах (диаметром 2–5 мм или даже меньше) разработка объектива, позволяющего получать четкое, широкое и хорошо освещенное изображение, является серьезной оптической задачей. В этой статье объясняется, как объективы камеры эндоскопа работают в таких ограниченных условиях и как различные типы модулей — от модуля мини-камеры для медицинского использования до модуля USB-камеры для промышленных бороскопов — достигают этой цели.
Типичный объектив камеры смартфона имеет диаметр около 5‑8 мм. В эндоскопе весь блок камеры должен помещаться в трубку, которая часто меньше рисового зернышка. Это означает:
Линза должна быть очень маленькой — иногда всего 0,6 мм в диаметре.
Количество элементов объектива ограничено (часто всего один-два куска стекла или пластика).
Объектив должен иметь очень короткое фокусное расстояние, чтобы видеть объекты, находящиеся на расстоянии всего нескольких миллиметров.
Глубина резкости должна быть большой, чтобы без автофокусировки объекты размером от 3 мм до 50 мм выглядели резкими.
Линза должна быть защищена от попадания жидкостей и стерилизации (для медицинского использования).
Для достижения широкого поля зрения (обычно от 90° до 140°) и достаточной глубины резкости в линзах эндоскопов используется один или комбинация следующих методов:
Асферические поверхности . Одна асферическая линза может заменить две сферические линзы, экономя пространство и одновременно исправляя искажения и сферические аберрации.
Стекло или пластик с высоким показателем преломления . Материалы с высоким показателем преломления больше преломляют свет, что позволяет использовать более короткое фокусное расстояние и меньшую линзу.
Оптика на уровне пластины : сотни крошечных линз выгравированы на стеклянной пластине, а затем нарезаны кубиками. Используется для одноразовых эндоскопов.
Составная линза – два или три крошечных элемента линзы, сложенные вместе (например, передняя отрицательная линза и задняя положительная линза) для улучшения качества изображения при сохранении небольшого диаметра.
Объектив фокусирует свет на датчике модуля камеры cmos. В типичном модуле камеры эндоскопа датчик также очень мал — часто от 1/9 до 1/6 дюйма (диагональ около 1,5–3 мм). Объектив проецирует круг изображения, соответствующий активной области датчика. Поскольку объектив имеет фиксированный фокус, для него установлено гиперфокальное расстояние. Все, от половины этого расстояния до бесконечности, приемлемо резкое. Например, объектив, установленный на 15 мм, будет держать в фокусе объекты размером от 8 мм до бесконечности.
Датчик преобразует свет в электрические сигналы. В современном модуле камеры cmos технология задней подсветки (BSI) повышает чувствительность, компенсируя небольшую апертуру.
Модуль мини-камеры (медицинский или промышленный) . В модуле мини-камеры для одноразового эндоскопа (например, диаметром 2 мм) используется одна пластиковая асферическая линза. Линза приклеивается непосредственно на сенсор методом активного выравнивания. Рабочее расстояние фиксировано, обычно для медицинского использования оно составляет 5–20 мм. Нет автофокуса; большая глубина резкости покрывает необходимый диапазон.
Модуль USB-камеры (бытовой бороскоп) . Модуль USB-камеры для домашнего осмотра часто имеет наконечник диаметром 5,5 мм с трехэлементной стеклянной линзой. Он может включать кольцо белых светодиодов вокруг объектива. Объектив фиксированный, настроен на рабочее расстояние около 30‑100 мм. Изображение передается через USB 2.0, а стандарт модуля камеры UVC обеспечивает возможность подключения и работы.
OEM-модуль камеры (индивидуальная конструкция) . Для специализированных применений OEM-модуль камеры может быть оснащен специальным объективом. Например, объектив с очень широким полем зрения (140°) для проверки трубопроводов или макрообъектив для проверки крошечной электроники. OEM-поставщик выбирает материал линз (стекло — для долговечности, пластик — для стоимости), количество элементов и покрытие (антибликовое, гидрофобное).
Модуль камеры UVC . Модуль камеры UVC по сути представляет собой модуль USB-камеры, соответствующий стандарту класса USB Video. Характеристики объектива те же, но в прошивке сообщается о поддерживаемом разрешении и частоте кадров. Пользователю не нужно устанавливать драйвер.
Во всех эндоскопах, кроме самых дешевых, линза не просто вкручивается в держатель. Вместо этого производитель использует активный процесс выравнивания :
Датчик включается и отображает тестовую таблицу.
Объектив перемещается по шести осям (X, Y, Z, наклон, наклон, рыскание) с помощью роботизированного манипулятора.
Программное обеспечение анализирует резкость и центрирование изображения.
Как только оптимальное положение найдено, линза фиксируется клеем УФ-отверждения.
Активное выравнивание компенсирует незначительные механические допуски в держателе линзы и размещении датчика. Без него изображение было бы размытым с одной стороны или фокус был бы сбит. Этот процесс имеет решающее значение как для модуля мини-камеры для эндоскопа диаметром 2 мм, так и для промышленного бороскопа 4K.
В сверхмаленьком пространстве нет места для внешнего освещения. Поэтому модуль камеры эндоскопа включает в себя собственные светодиоды, расположенные вокруг линзы. Светодиоды должны быть расположены так, чтобы:
Они не создают тени от оправы объектива.
Свет направлен вперед (или в сторону с помощью призмы).
Освещение равномерное по всему полю зрения.
Сам корпус объектива может иметь скошенную или утопленную конструкцию, позволяющую размещать светодиоды ближе к оптической оси, уменьшая темные пятна.
Рассмотрим одноразовый уретероскоп. Диаметр наконечника 2 мм. Внутри есть:
Одинарная пластиковая асферическая линза диаметром 1,4 мм.
1/9-дюймовый CMOS-сенсор (400×400 пикселей).
Два белых светодиода по бокам объектива.
Гибкая цепь, которая подключается к кабелю.
Объектив имеет фокусное расстояние 1,2 мм, что обеспечивает угол обзора 90°. Рабочее расстояние 3‑15 мм. Изображение размягчено по краям (бочкообразное искажение), но приемлемо для наблюдения за камнями в почках. Вся сборка залита эпоксидной смолой для гидроизоляции и стерилизации.
Объективы эндоскопических камер для сверхмалых помещений основаны на крошечной асферической оптике, производстве на уровне пластин и активном выравнивании для получения четкого изображения. Объектив работает вместе с датчиком модуля камеры cmos, и вся сборка часто упаковывается в модуль мини-камеры для медицинского или промышленного использования. Для потребительских приложений модуль камеры USB с поддержкой UVC-модуля представляет собой готовое к использованию решение с объективом с фиксированным фокусом. Для нестандартных продуктов OEM-модуль камеры позволяет полностью контролировать конструкцию объектива, рабочее расстояние и герметичность.
Понимание того, как работают эти крошечные линзы, поможет вам выбрать правильный модуль эндоскопической камеры для вашего применения — хотите ли вы заглянуть внутрь кровеносного сосуда, лопатки турбины или бытовой канализации.
Если вам требуется специальный модуль камеры эндоскопа — от мини-модуля камеры до модуля USB-камеры высокого разрешения — свяжитесь с искренним. Мы разрабатываем и производим OEM-модули камер с прецизионной оптикой и активной юстировкой.
