Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 30 мая 2026 г. Происхождение: Сайт
Ультраминиатюрные модули камер — это скрытые глаза внутри медицинских эндоскопов, промышленных бороскопов, носимых устройств и даже микродронов. Разработка камеры, которая помещается в трубку диаметром 2 мм и обеспечивает четкое изображение с точной цветопередачей, является серьезной инженерной задачей. В этой статье мы объясняем ключевые шаги и компромиссы, связанные с разработкой сверхминиатюрных модулей камеры, от выбора сенсора камеры до сборки конечного продукта.
Модуль камеры считается «сверхминиатюрным», если его внешний диаметр составляет менее 4 мм, а часто всего от 1 до 2 мм. Такие модули обычно используются в модулях камер эндоскопов, где кончик должен перемещаться по узким кровеносным сосудам, слезным протокам или крошечным компонентам двигателя. Несмотря на размер, им может потребоваться выводить видео 720p, 1080p или даже 4K.
Ключевые характеристики ультраминиатюрного дизайна:
Чрезвычайно маленький корпус объектива (часто изготовленный на заказ из стекла или пластика).
Датчик на голом кристалле, собранный по технологии Chip-on-Board (COB).
Гибкая печатная плата (FPC) вместо жесткой печатной платы.
Встроенная светодиодная подсветка вокруг линзы.
Водонепроницаемое уплотнение (IP67/IP68) для медицинского или промышленного использования.
Датчик — сердце любой камеры. Для сверхминиатюрных конструкций нельзя использовать стандартный датчик в корпусе. Вместо этого вам нужен голый кристалл, который можно присоединить проводами непосредственно к гибкой схеме. Общие варианты включают в себя:
OmniVision OV6948 - датчик размером 0,65 × 0,65 мм со встроенной линзой, используемый в одноразовых эндоскопах.
Sony IMX290 (версия с голым кристаллом) — сенсор 1/2,8 дюйма, намного больше, но все еще возможен с наконечником 4–5 мм.
Для более высокого разрешения в модуле камеры эндоскопа 4K может использоваться голая матрица Sony IMX415, но это увеличивает диаметр наконечника примерно до 4 мм.
В качестве базового модуля камеры с разрешением 720p популярны такие датчики, как OV9732 (1/9 дюйма). Датчик камеры модуля определяет минимально возможный диаметр, поэтому выбирайте наименьший кристалл, соответствующий вашему разрешению и требованиям к слабому освещению.
Вместо жесткой печатной платы в сверхминиатюрных модулях используется гибкая печатная плата (FPC). FPC предназначен для обертывания вокруг датчика и держателя объектива, что позволяет экономить место. Голый кристалл датчика крепится к FPC с использованием Chip-on-Board (COB) : технологии
Матрица приклеена к FPC эпоксидной смолой.
Золотые провода соединены между сенсорными площадками и дорожками FPC.
Верхняя часть (эпоксидная смола) защищает провода.
COB позволяет отказаться от пакета датчиков, уменьшая высоту до 1 мм, что критично, когда общая толщина составляет всего 2 мм.
Линза должна быть такой же маленькой, как сенсор. Для сверхминиатюрных модулей есть два варианта:
Оптика на уровне пластины (WLO) . Линзы выгравированы на стеклянной пластине, а затем нарезаны кубиками. Их диаметр может достигать 0,6 мм.
Прецизионные стеклянные шариковые линзы – крошечные сферические линзы, приклеенные к металлическому или пластиковому держателю.
Для модуля камеры 720p может быть достаточно одной пластиковой асферической линзы. Для модуля камеры эндоскопа 4K вам понадобится многоэлементная стеклянная линза для разрешения высокой детализации — это увеличивает диаметр наконечника.
Линзу необходимо расположить непосредственно над датчиком. Фокусное расстояние и рабочее расстояние фиксированы; автофокусировка в таком масштабе практически невозможна.
Даже сдвиг в 10 микрон между объективом и сенсором испортит изображение. Поэтому при сборке объектив позиционируется активно — пока датчик работает, объектив перемещается по осям X, Y, Z, наклону и вращению, а программное обеспечение анализирует резкость. Как только оптимальное положение найдено, линза приклеивается на место с помощью УФ-клея. Этот этап активного выравнивания является обязательным для любого модуля камеры эндоскопа, который стремится к постоянному качеству.
Большинство модулей камер эндоскопов содержат один или несколько крошечных светодиодов вокруг линзы. Светодиоды также представляют собой голые кристаллы (чипы), установленные непосредственно на FPC. Они соединены последовательно или параллельно и часто покрыты прозрачной эпоксидной смолой. Светодиоды необходимо размещать как можно ближе к объективу, чтобы избежать теней.
FPC простирается от головки камеры до разъема. Для модуля USB-камеры FPC может заканчиваться разъемом USB или миниатюрным разъемом ZIF. Во встроенной системе по кабелю могут передаваться сигналы MIPI CSI‑2. Длина кабеля ограничена целостностью сигнала; для MIPI — не более 30 см; для USB возможно до 3 м.
Точка ввода кабеля должна быть герметизирована эпоксидной смолой или герметичным чехлом для предотвращения попадания жидкости (IP67/IP68).
Для медицинского или промышленного использования головка камеры должна быть водонепроницаемой. Вся сборка (датчик, провода, держатель линзы) залита медицинской эпоксидной смолой или силиконом. Окно объектива остается открытым. Герметичность проверяется погружением или падением давления.
Каждый ультраминиатюрный модуль камеры проходит:
Оптические тесты — разрешение (MTF), поле зрения, искажения и глубина резкости.
Обнаружение дефектных пикселей – отображение и исправление битых пикселей.
Калибровка баланса белого – для обеспечения единообразия цвета на всех модулях.
Испытание на водонепроницаемость – если указано.
Для модуля эндоскопической камеры 4K испытательное оборудование должно иметь достаточное разрешение для проверки резкости 4K.
Часто стандартный модуль не подходит под конкретный продукт. OEM-производитель модулей камеры, такой как Sure, может настроить:
Диаметр – От 1,5 мм до 8 мм.
Длина кабеля – От 10 см до 3 м.
Параметры объектива – Поле зрения (от 60° до 140°), рабочее расстояние (от макро до бесконечности).
Интерфейс – USB (UVC), MIPI или аналоговый.
OEM-модуль камеры для медицинского эндоскопа также потребует биосовместимых материалов и устойчивости к стерилизации.
Предположим, вам нужен недорогой сверхминиатюрный USB-модуль камеры для проверки автомобилей. Варианты дизайна:
Сенсор: OV9732 (720p, 1/9″, голый кристалл) – доступный и небольшой.
Объектив: Одинарный пластиковый асферический, угол обзора 90°, фиксированный фокус на расстоянии 30 мм.
Сборка: COB на FPC, активная центровка.
Кабель: USB 2.0 длиной 1,5 м с литой защитой от натяжения.
Корпус: трубка из нержавеющей стали, класс IP67.
Выход: Совместимость с UVC, технология Plug-and-Play.
Этот модуль будет иметь диаметр наконечника примерно 4 мм.
Для модуля камеры медицинского эндоскопа высокого класса требуется:
Сенсор: голый кристалл Sony IMX415 (8 МП, 1/2,8″).
Объектив: 5-элементная стеклянная линза, угол обзора 110°, фиксированный фокус.
Сборка: COB на жестко-гибкой печатной плате, активное выравнивание.
Кабель: MIPI CSI‑2 по экранированному коаксиальному жгуту (короткий, <30 см) к отдельной плате DSP.
Корпус: Титановая трубка, биосовместимая, IP68.
Стерилизация: совместима с автоклавом.
Диаметр будет около 5‑6 мм — больше, чем у версии с разрешением 720p, но с разрешением 4K.
Качество изображения в зависимости от размера . Меньшие сенсоры имеют меньшие пиксели, которые улавливают меньше света. Модуль камеры 720p с пикселями 1,4 мкм будет более шумным, чем модуль 1080p с пикселями 2,0 мкм, но для последнего требуется наконечник большего размера.
Рассеяние тепла . Модуль эндоскопической камеры 4K генерирует больше тепла. В плотно закрытой трубке диаметром 4 мм тепло может ухудшить изображение или повредить сенсор. Включите светодиоды в импульсном режиме и уменьшите частоту кадров, чтобы контролировать нагрев.
Производительность . Ультраминиатюрная сборка COB имеет более высокий процент брака, чем стандартная SMT. Ожидайте кривую обучения.
Проектирование сверхминиатюрных модулей камеры требует глубокого понимания конструкции сенсора (голый кристалл, COB), микрооптики, активного выравнивания и водонепроницаемой герметизации. Датчик модульной камеры определяет минимально достижимый диаметр, а сложность объектива определяет качество изображения. Для базового модуля камеры с разрешением 720p достаточно одной пластиковой асферической линзы и небольшого сенсора, такого как OV9732. Для модуля камеры эндоскопа 4K необходимы многоэлементная стеклянная линза и датчик большего размера (например, IMX415), увеличивающий диаметр наконечника. OEM-модуль камеры позволяет вам настроить каждый аспект — диаметр, длину кабеля, поле зрения и интерфейс — в соответствии с вашим конкретным применением, будь то одноразовый медицинский зонд или промышленный бороскоп. Если вам нужен модуль USB-камеры сверхминиатюрных размеров, применяются те же принципы, но интерфейс упрощается до UVC через USB.
В компании Sure мы разрабатываем и производим ультраминиатюрные модули камер для медицинского, промышленного и потребительского применения. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить проект модуля камеры эндоскопа.
