Những cảm biến nào được sử dụng trong máy ảnh nội soi hiện đại?

Giới thiệu
Mô -đun camera nội soi chỉ hoạt động tốt khi có cảm biến bên trong nó. Cảm biến biến ánh sáng thành tín hiệu điện tử, ảnh hưởng đến độ sắc nét, màu sắc và hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu. Các máy nội soi cũ hơn sử dụng cảm biến CCD, nhưng các thiết kế ngày nay hầu như dựa hoàn toàn vào công nghệ Mô-đun máy ảnh CMOS . Bài viết này xem xét các cảm biến phổ biến trong camera nội soi hiện đại – từ những con chip nhỏ cho phép thiết kế mô-đun camera nhỏ đến cảm biến có độ phân giải cao trong các sản phẩm mô-đun camera nội soi USB .

Tại sao Cảm biến CCD CCD được thay thế CMOS
từng là tiêu chuẩn vì chúng có độ ồn thấp và chất lượng tốt. Hiện nay, cảm biến Mô-đun máy ảnh CMOS chiếm ưu thế vì một số lý do:

• Tiêu thụ điện năng thấp hơn – quan trọng đối với phạm vi cầm tay chạy bằng pin.

• Khả năng tích hợp cao hơn – ADC trên chip và định thời giúp giảm thiểu các bộ phận bên ngoài.

• Đọc nhanh hơn - hỗ trợ tốc độ khung hình cao và ít chuyển động mờ hơn.

• Kích thước nhỏ hơn – cho phép thiết kế mô-đun máy ảnh nhỏ dưới 3 mm.

Kích thước và độ phân giải cảm biến phổ biến

Mô -đun máy ảnh cảm biến phải cân bằng số lượng pixel, kích thước pixel (độ nhạy sáng) và đường kính tổng thể. Cảm biến 1/9” với điểm ảnh 1,4 µm vừa với đầu 1,5 mm nhưng hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu thì kém. Cảm biến 1/3 inch 1080p (ví dụ: Sony IMX290) có 2,9 µm pixel – độ nhạy cao – nhưng đầu pixel tăng lên 5‑6 mm.

Các dòng cảm biến phổ biến

1. Sony IMX Series (Starvis / Starvis 2)
Cảm biến Sony IMX được sử dụng rộng rãi nhất trong các máy nội soi chuyên nghiệp. Công nghệ chiếu sáng sau (BSI) tăng cường độ nhạy với ánh sáng yếu – rất quan trọng khi độ chiếu sáng của đèn LED bị hạn chế. Các mô hình phổ biến:

• IMX290 – 2.1 MP (1080p), 1/2.8”, 2.9 µm pixel. Ánh sáng yếu tuyệt vời. Được sử dụng trong nội soi và ống nội soi.

• IMX307 – 2.1 MP, 1/2.8”, tương tự IMX290 với các tùy chọn đầu ra khác nhau. Phổ biến trong các sản phẩm mô-đun máy ảnh nội soi USB .

• IMX415 – 8 MP (4K), 1/2.8”, 1.45 µm pixel. Được sử dụng trong máy nội soi 4K cao cấp.

2. Cảm biến y tế OmniVision
OmniVision chế tạo các cảm biến rất nhỏ dành cho nội soi dùng một lần và nội soi vi mô. OV6948 là một mô-đun máy ảnh nhỏ hoàn chỉnh – chip 0,65 mm × 0,65 mm với ống kính tích hợp, thích hợp cho các mạch máu và ống dẫn nước mắt. Các mô hình khác:

• OV9732 – 1/9”, 720p, dành cho ống ngắm siêu mỏng.

• OV2740 – 1080p, được sử dụng trong một số ống nội soi có thể tái sử dụng.

3. Các Nhà sản xuất khác (ST, ON Semi, GalaxyCore)
Ít phổ biến hơn nhưng được tìm thấy trong phạm vi chuyên biệt hoặc chi phí thấp hơn. Ví dụ: màn trập toàn cầu VD56G3 của ST được sử dụng trong các ống soi công nghiệp nơi phải loại bỏ hiện tượng nhòe chuyển động.

Các tính năng cảm biến chính cho nội soi

• Màn trập toàn cầu so với màn trập lăn – Màn trập lăn là phổ biến (ánh sáng yếu tốt hơn, chi phí thấp hơn). Đối với chuyển động nhanh, màn trập toàn cầu được ưu tiên.

• Dải động cao (HDR) – Cần thiết cho những cảnh có độ phản chiếu sáng và bóng tối. Nhiều cảm biến Sony IMX có HDR đáng kinh ngạc.

• Dòng điện tối thấp – Giảm nhiễu khi phơi sáng lâu.

• Chiếu sáng sau (BSI) – Hầu hết tất cả các cảm biến nội soi hiện đại đều sử dụng BSI để thu ánh sáng tốt hơn.

Cách cảm biến lắp vào mô-đun máy ảnh nhỏ
Bao bì cảm biến ảnh hưởng đến kích thước:

• CSP (Gói cân chip) – Cảm biến được đựng trong một gói nhỏ bằng nhựa hoặc gốm có các viên hàn. Dễ dàng lắp ráp nhưng tăng thêm độ dày.

• COB (Chip on Board) – Khuôn trần được dán trực tiếp vào PCB và liên kết bằng dây. Không có gói – mô-đun máy ảnh nhỏ mỏng nhất . COB được ưu tiên sử dụng cho ống nội soi dưới 5 mm.

Mô-đun máy ảnh nội soi USB – Lựa chọn cảm biến
Mô -đun máy ảnh nội soi USB kết nối với máy tính hoặc điện thoại thông minh. Hầu hết đều sử dụng cảm biến 1080p (2 MP) như Sony IMX307 hoặc OmniVision OV2710. Chúng được chọn vì:

• Chúng hoạt động tốt với các cầu nối UVC (USB Video Class).

• Hiệu suất ánh sáng yếu có thể chấp nhận được khi kiểm tra chung.

• Chúng có hiệu quả về mặt chi phí.

Đối với máy nội soi USB cao cấp, có thể sử dụng cảm biến 4K như IMX415 nhưng yêu cầu USB 3.0 và chip cầu nối đắt tiền hơn.

Sự cân bằng: Nhỏ so với Có khả năng
Một mô-đun máy ảnh nhỏ (đầu dưới 3 mm) không thể vừa với cảm biến 1/3”. Nhà thiết kế phải chấp nhận độ phân giải thấp hơn (720p hoặc VGA) và độ nhạy ánh sáng yếu kém hơn. Đổi lại, họ có quyền tiếp cận những không gian rất hẹp – như mạch máu hoặc kim phun nhiên liệu nhỏ.

Mô-đun máy ảnh nội soi của Chân thành
Tại Chân thành, chúng tôi cung cấp các thiết kế mô-đun máy ảnh nội soi với nhiều tùy chọn cảm biến:

• Mô-đun máy ảnh nhỏ – đường kính xuống tới 1,5 mm sử dụng cảm biến OV6948 hoặc lớn hơn để có đầu lớn hơn.

• Mô-đun máy ảnh CMOS – Sony IMX307, IMX415, OmniVision OV9732 và các loại khác.

• Mô-đun camera cảm biến – lựa chọn và đóng gói cảm biến tùy chỉnh (CSP hoặc COB).

• Mô-đun camera nội soi USB – model 1080p và 4K, tuân thủ UVC.

Tóm tắt
Máy ảnh nội soi hiện đại hầu như chỉ sử dụng cảm biến Mô-đun Máy ảnh CMOS . Các dòng phổ biến là Sony IMX (ánh sáng yếu) và OmniVision (siêu nhỏ). Kích thước cảm biến – từ 1/9” đến 1/3” – xác định đường kính đầu dò và chất lượng hình ảnh. Mô -đun máy ảnh nhỏ có cảm biến 1/9 inch phù hợp với không gian nhỏ hẹp nhưng lại làm mất đi độ chi tiết và độ nhạy. Mô -đun máy ảnh Nội soi USB thường sử dụng cảm biến 1/2,8 inch 1080p để cân bằng tốt giữa hiệu suất và chi phí. Việc hiểu rõ các tùy chọn mô-đun camera cảm biến sẽ giúp bạn chọn phạm vi phù hợp cho nhu cầu y tế hoặc công nghiệp của mình.

Liên hệ Chân thành để thảo luận về các yêu cầu về cảm biến mô-đun máy ảnh nội soi của bạn .