Как минимизировать размер модуля камеры?

Введение
Во многих современных устройствах – модуле камеры медицинского эндоскопа , дронах, носимых устройствах и смартфонах – пространство является роскошью. Камера меньшего размера позволяет использовать более тонкие продукты, менее инвазивные медицинские инструменты и больше места для других частей. Но уменьшить размер камеры без потери качества изображения непросто. В этой статье рассказывается о практических способах минимизации размера модуля камеры независимо от того, разрабатываете ли вы собственный OEM-модуль камеры или выбираете стандартный USB-модуль камеры или модуль камеры HD..

Почему размер имеет значение

• Медицинские эндоскопы : наконечник меньшего размера снижает дискомфорт пациента и обеспечивает доступ к более узким проходам.

• Бытовая электроника – смартфоны, умные очки, дроны – нуждаются в сверхкомпактных камерах.

• Промышленные бороскопы – крошечные камеры помещаются в более узкие смотровые отверстия.

Большая камера требует компромиссов в дизайне. Уменьшая его, вы получаете гибкость.

1. Выбирайте датчик малого форм-фактора.
Датчик изображения — это самая большая часть. Чтобы уменьшить его:

• Выберите сенсорный кристалл меньшего размера (например, 1/9 дюйма вместо 1/3 дюйма). Это уменьшает размер пикселя и снижает производительность при слабом освещении — компромисс.

• Используйте упаковку уровня пластины (WLP) — датчик упаковывается без громоздкого керамического или пластикового корпуса.

• В модуле камеры эндоскопа OmniVision OV6948 объединяет объектив и датчик в одном чипе размером 0,65 × 0,65 мм.

2. Используйте сборку «чип-на-плате» (COB).
Традиционные датчики поставляются в защитной упаковке (PLCC, CSP). COB устанавливает голый кристалл непосредственно на печатную плату, удаляя корпус. Преимущества:

• Меньшая высота – нет толщины упаковки.

• Меньшая занимаемая площадь – никаких дополнительных потенциальных клиентов или прибыли.

• Лучшая теплопередача – умирает прямо на плате.

COB широко распространен при крупносерийном производстве OEM-модулей камер , особенно при разработке модулей камер HD .

3. Используйте объектив платы вместо M12.
Во многих конструкциях модулей USB-камеры используется объектив M12 (диаметр резьбы 12 мм). Для компактности:

• Выбирайте бортовую линзу (S‑mount) — приклеиваемую прямо на сенсор или крошечный держатель. Ни резьбы, ни стопорного кольца.

• Бортовые линзы могут иметь диаметр всего 3 мм. У них фиксированный фокус, что подходит для многих целей.

Для модуля камеры эндоскопа единственным практичным выбором являются бортовые линзы: кончик должен быть менее 5 мм.

4. Используйте гибкие печатные платы.
Плату, на которой закреплен датчик и компоненты, можно уменьшить следующим образом:

• Использование гибкой печатной платы (FPC) вместо жесткой платы. Гибкий кабель можно сложить, что делает головку камеры очень тонкой.

• Размещение пассивных компонентов на гибком трубопроводе или интеграция их в собственную подложку датчика.

• Для модуля USB-камеры поместите мостовой чип и USB-разъем на крошечную жестко-гибкую плату, которая складывается за датчиком.

5. Упростите интерфейс.
Интерфейсная электроника увеличивает объем. Чтобы уменьшить:

• Используйте MIPI CSI‑2 напрямую — без мостового чипа. Датчик выводит видео прямо на процессор. Сохраняет всю микросхему.

• Если необходим USB, выберите микросхему моста USB в небольшом корпусе WLCSP (например, 3 мм × 3 мм) и объедините ее с датчиком на одной плате.

• Для модуля камеры HD необработанный выход MIPI намного компактнее, чем USB.

6. Уменьшите количество элементов линзы.
В высококачественных линзах используется несколько элементов (5–6 стекол). Каждый добавляет длину и диаметр. Чтобы уменьшить:

• Используйте асферические пластиковые линзы – одна асферическая может заменить две сферические.

• Примите немного более низкое качество изображения (например, более мягкие углы), если вашему приложению не нужны идеальные края.

• Для модуля камеры эндоскопа обычно используется одна пластиковая асферическая линза, которая хорошо работает при диаметре 2 мм.

7. Интегрируйте светодиоды на одной подложке.
Многие модули камер оснащены светодиодами для освещения. Вместо отдельной светодиодной платы:

• Разместите светодиоды непосредственно на той же печатной плате или гибком кабеле, что и датчик.

• Используйте голые светодиодные кристаллы (чипы на плате для светодиодов) вместо корпусных светодиодов.

• Для модуля USB-камеры , используемого в качестве бороскопа, это экономит около 1–2 мм в диаметре.

8. Настройте форму (модуль OEM-камеры).
Имеющиеся в продаже модули бывают квадратными или круглыми. OEM -модуль камеры может иметь форму, точно подходящую вашему корпусу:

• Сделайте печатную плату непрямоугольной — Г-образной, с вырезом или полукругом.

• Поместите разъем на гибкий удлинитель, идущий от головки камеры.

• Для модуля камеры медицинского эндоскопа весь наконечник часто представляет собой специальный цилиндр с линзой, датчиком и светодиодами, помещенными внутри тонкой металлической трубки.

9. Удалите ненужные функции.
Каждая дополнительная функция увеличивает размер. Спросите себя:

• Вам нужен автофокус? Фиксированный фокус экономит привод VCM (1–2 мм).

• Вам нужен съемный ИК-фильтр? Только для видимого света фиксированный фильтр меньше.

• Вам нужен отдельный интернет-провайдер? Интегрируйте ISP в датчик или хост-процессор.

Для модуля камеры HD, используемого только в условиях яркого освещения, удаление ИК-фильтра и использование простого объектива может уменьшить размер на 20%.

10. Работайте с опытным OEM-производителем.
Для разработки крошечной камеры необходимы механические, оптические и электрические ноу-хау. Опытный поставщик OEM-модулей камеры, такой как искренний, может:

• Оптимизируйте макет для минимальной занимаемой площади.

• Найдите самые маленькие компоненты (датчики, пассивные элементы, разъемы).

• Используйте расширенную сборку (COB, оптика уровня пластины).

Резюме
Чтобы минимизировать размер модуля камеры , сосредоточьтесь на упаковке сенсора (COB, уровень пластины), типе объектива (линза платы вместо M12), интерфейсе (MIPI через USB) и индивидуальной форме (гибкие печатные платы, платы неправильной формы). Для модуля камеры эндоскопа важен каждый миллиметр — линзы COB и платы необходимы. Модуль USB-камеры можно уменьшить с помощью крошечного мостового чипа и встроенных светодиодов. Модуль камеры HD использует MIPI и асферические пластиковые линзы. Сбалансировав эти методы, вы можете получить минимально возможную камеру для вашего проекта.

Свяжитесь с искренним, чтобы обсудить ваш проект миниатюризации OEM-модуля камеры .