Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 2026-06-04 Nguồn gốc: Địa điểm
Mô-đun camera nội soi được thiết kế để xem những nơi mà mắt bạn không thể chạm tới – bên trong khớp người, động cơ phản lực hoặc ống nước. Thấu kính ở đầu ống kính là bộ phận quan trọng nhất. Trong không gian siêu nhỏ (đường kính 2–5 mm hoặc thậm chí nhỏ hơn), việc thiết kế một ống kính có thể chụp được hình ảnh sắc nét, rộng và đủ ánh sáng là một thách thức quang học nghiêm trọng. Bài viết này giải thích cách ống kính máy ảnh nội soi hoạt động trong những môi trường hạn chế như vậy và cách các loại mô-đun khác nhau – từ mô-đun máy ảnh mini dùng trong y tế đến Mô-đun máy ảnh USB cho máy nội soi công nghiệp – đạt được điều này.
Ống kính máy ảnh thông thường dành cho điện thoại thông minh có đường kính khoảng 5‑8 mm. Trong ống nội soi, toàn bộ cụm camera phải nằm gọn trong một ống thường nhỏ hơn hạt gạo. Điều này có nghĩa là:
Ống kính phải cực kỳ nhỏ - đôi khi có đường kính nhỏ tới 0,6 mm.
Số lượng thấu kính có hạn (thường chỉ một hoặc hai mảnh thủy tinh hoặc nhựa).
Ống kính phải có tiêu cự rất ngắn để nhìn thấy các vật ở cách xa chỉ vài mm.
Độ sâu trường ảnh phải lớn để các vật thể từ 3 mm đến 50 mm trông sắc nét mà không cần lấy nét tự động.
Thấu kính phải được bịt kín để chống chất lỏng và khử trùng (dùng trong y tế).
Để đạt được trường nhìn rộng (thường là 90° đến 140°) và độ sâu trường ảnh đủ, thấu kính nội soi sử dụng một hoặc kết hợp các kỹ thuật sau:
Bề mặt phi cầu – Một thấu kính phi cầu duy nhất có thể thay thế hai thấu kính hình cầu, tiết kiệm không gian đồng thời hiệu chỉnh độ méo và quang sai hình cầu.
Thủy tinh hoặc nhựa có chiết suất cao – Vật liệu có chiết suất cao sẽ bẻ cong ánh sáng nhiều hơn, cho phép tiêu cự ngắn hơn và thấu kính nhỏ hơn.
Quang học ở cấp độ tấm bán dẫn – Hàng trăm thấu kính nhỏ được khắc trên một tấm bán dẫn thủy tinh rồi thái hạt lựu. Điều này được sử dụng cho nội soi dùng một lần.
Thấu kính ghép – Hai hoặc ba thành phần thấu kính nhỏ xếp chồng lên nhau (ví dụ: thấu kính âm phía trước và thấu kính dương phía sau) để cải thiện chất lượng hình ảnh trong khi vẫn giữ đường kính nhỏ.
Ống kính tập trung ánh sáng vào cảm biến mô-đun máy ảnh cmos. Trong mô-đun máy ảnh nội soi thông thường, cảm biến cũng rất nhỏ – thường là 1/9” đến 1/6” (đường chéo khoảng 1,5‑3 mm). Ống kính chiếu một vòng tròn hình ảnh phù hợp với vùng hoạt động của cảm biến. Vì ống kính có tiêu cự cố định nên nó được đặt ở khoảng cách siêu tiêu cự. Mọi thứ từ một nửa khoảng cách đó đến vô cực đều sắc nét ở mức chấp nhận được. Ví dụ: ống kính được đặt thành 15 mm sẽ giữ nét cho các vật thể từ 8 mm đến vô cực.
Cảm biến chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện. Trong mô-đun máy ảnh cmos hiện đại, công nghệ chiếu sáng sau (BSI) cải thiện độ nhạy, bù đắp cho khẩu độ nhỏ.
Mô-đun máy ảnh mini (Y tế hoặc Công nghiệp) – Mô-đun máy ảnh mini dành cho ống nội soi dùng một lần (ví dụ: đường kính 2 mm) sử dụng một thấu kính phi cầu bằng nhựa duy nhất. Ống kính được dán trực tiếp vào cảm biến bằng cách sử dụng tính năng căn chỉnh chủ động. Khoảng cách làm việc là cố định, thường là 5‑20 mm cho mục đích y tế. Không có tự động lấy nét; độ sâu trường ảnh lớn bao phủ phạm vi cần thiết.
Mô-đun camera USB (Kính soi dành cho người tiêu dùng) – Mô-đun camera USB để kiểm tra tại nhà thường có đầu đường kính 5,5 mm với thấu kính ba thành phần. Nó có thể bao gồm một vòng đèn LED trắng xung quanh ống kính. Ống kính có tiêu cự cố định, được đặt ở khoảng cách làm việc khoảng 30‑100 mm. Hình ảnh được truyền qua USB 2.0 và tiêu chuẩn mô-đun máy ảnh UVC giúp nó có thể cắm và chạy.
Mô-đun máy ảnh OEM (Thiết kế tùy chỉnh) – Đối với các ứng dụng chuyên dụng, mô-đun máy ảnh OEM có thể được thiết kế với ống kính tùy chỉnh. Ví dụ: ống kính có trường nhìn rất rộng (140°) để kiểm tra đường ống hoặc ống kính macro để kiểm tra các thiết bị điện tử nhỏ. Nhà cung cấp OEM chọn vật liệu thấu kính (kính để đảm bảo độ bền, nhựa để đảm bảo giá thành), số lượng thành phần và lớp phủ (chống phản chiếu, kỵ nước).
Mô-đun máy ảnh UVC – Mô-đun máy ảnh UVC về cơ bản là Mô-đun máy ảnh USB tuân theo tiêu chuẩn Loại Video USB. Các đặc điểm của ống kính giống nhau, nhưng phần sụn báo cáo độ phân giải và tốc độ khung hình được hỗ trợ. Người dùng không cần phải cài đặt trình điều khiển.
Trong tất cả các loại máy nội soi rẻ nhất, thấu kính không chỉ được vặn vào một giá đỡ. Thay vào đó, nhà sản xuất sử dụng quy trình căn chỉnh tích cực :
Cảm biến được bật nguồn và hiển thị biểu đồ kiểm tra.
Ống kính được di chuyển theo sáu trục (X, Y, Z, nghiêng, cao độ, ngáp) bằng một bộ điều khiển robot.
Phần mềm phân tích độ sắc nét và căn giữa của hình ảnh.
Sau khi tìm được vị trí tối ưu, thấu kính sẽ được cố định bằng keo chống tia cực tím.
Căn chỉnh chủ động sẽ bù đắp cho những dung sai cơ học nhỏ ở vị trí giá đỡ ống kính và cảm biến. Nếu không có nó, hình ảnh sẽ bị mờ ở một bên hoặc tiêu điểm sẽ bị mất. Quá trình này rất quan trọng đối với cả mô-đun máy ảnh mini dành cho máy nội soi 2 mm và máy nội soi công nghiệp 4K.
Trong một không gian siêu nhỏ, không có chỗ cho ánh sáng bên ngoài. Do đó, mô-đun camera nội soi bao gồm các đèn LED riêng được đặt xung quanh ống kính. Các đèn LED phải được bố trí sao cho:
Chúng không tạo ra bóng từ vành ống kính.
Ánh sáng được hướng về phía trước (hoặc hướng sang một bên bằng lăng kính).
Sự chiếu sáng đồng đều trên toàn bộ trường nhìn.
Bản thân vành ống kính có thể có thiết kế vát hoặc lõm để cho phép đặt đèn LED gần trục quang hơn, giảm các điểm tối.
Hãy xem xét một ống soi niệu quản dùng một lần. Đường kính đầu là 2 mm. Bên trong có:
Một thấu kính phi cầu bằng nhựa đơn, đường kính 1,4 mm.
Cảm biến CMOS 1/9” (400×400 pixel).
Hai chip LED màu trắng ở hai bên ống kính.
Một mạch linh hoạt kết nối với cáp.
Ống kính có tiêu cự 1,2 mm, cho góc nhìn 90°. Khoảng cách làm việc là 3‑15 mm. Hình ảnh mờ ở các cạnh (méo hình thùng) nhưng có thể chấp nhận được khi nhìn thấy sỏi thận. Toàn bộ tổ hợp được phủ bằng epoxy để chống thấm và khử trùng.
Ống kính máy ảnh nội soi dành cho không gian siêu nhỏ dựa vào quang học phi cầu cực nhỏ, chế tạo ở mức độ wafer và căn chỉnh chủ động để tạo ra hình ảnh sắc nét. Ống kính này hoạt động cùng với cảm biến mô-đun máy ảnh cmos và toàn bộ cụm máy ảnh này thường được đóng gói thành một mô-đun máy ảnh mini để sử dụng trong y tế hoặc công nghiệp. Đối với các ứng dụng dành cho người tiêu dùng, Mô-đun máy ảnh USB tuân thủ mô-đun máy ảnh UVC cung cấp giải pháp cắm và chạy với ống kính lấy nét cố định. Đối với các sản phẩm tùy chỉnh, mô-đun máy ảnh OEM cho phép toàn quyền kiểm soát thiết kế ống kính, khoảng cách làm việc và độ kín.
Hiểu cách hoạt động của những thấu kính nhỏ bé này sẽ giúp bạn chọn mô-đun camera nội soi phù hợp cho ứng dụng của mình – cho dù bạn cần nhìn bên trong mạch máu, lưỡi tuabin hay cống thoát nước trong gia đình.
Nếu bạn yêu cầu mô-đun camera nội soi tùy chỉnh – từ mô-đun camera mini đến Mô-đun camera USB có độ phân giải cao – hãy liên hệ với Chân thành. Chúng tôi thiết kế và sản xuất các mô-đun máy ảnh OEM với hệ thống quang học chính xác và căn chỉnh chủ động.
