无线胶囊内窥镜CMOS摄像模块的设计与制作

　　0　引言

　　自从胶囊内镜的技术文章第一次发表以来[1],以色列Given Imaging公司最早于2001年推出了名为M2A的无线内窥镜胶囊产品,外形就像一般病人吞服用的胶囊,并于2004年改进推出了PillCam系列胶囊内窥镜[2,3],之后各国均有相关研究报道,其中包括日本的RF SYSTEM LAB的NORIKA技术[4],以及韩国的MI-RO技术等。在国内,胶囊内窥镜的研究也取得一定的成绩,由重庆金山科技(集团)有限公司经过三年科技攻关,研制成功的名为OMOM的胶囊内窥镜在重庆通过国家“863”专家组的验收[5]。华南理工大学胃肠道窥视内镜课题组在磁控式无线胶囊内窥镜的理论设计和实验研究上取得了一定的成果,并制作出胶囊样机[6-8]。

　　本文基于无线内窥镜胶囊样机研制,详细介绍了内窥镜摄像模块的制作与调试,其中包括互补金属氧化物半导体图像传感器外围印刷电路板的制作、元件的焊接技术、手工制作工艺流程的注意事项和难点、系统电池的选择与安装技术以及整个系统的调试结果。

　　1　图像传感器的选择

　　图像传感器是无线内窥镜胶囊的核心部件,它承担着将光信号转换为电信号的任务,所以它的选择直接关系到系统的图像检测性能及复杂程度等。用于胶囊式内窥镜图像传感器的基本要求是体积小、功耗低和图像质量好。

　　根据图像传感器的不同制作工艺和器件结构,目前图像传感器主要分为两类[9]:电荷耦合器件(ChargeCouple Device,CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体( Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器。目前, CCD技术已相当成熟,在摄像、信号处理和存贮等诸多领域得到广泛的应用,缺点是功耗和体积大,价格昂贵;而CMOS图像传感器成像清晰、稳定,分辨率高,系统结构简单,时序设计容易,其成品体积小,外围器件少,成本低,具有很高的实用价值,特别是在体积和功耗上,CMOS图像传感器无疑是医疗摄像芯片的最佳选择。目前基于标准CMOS技术的创新型图像传感器,以令人瞩目的灵活性、优异的静止和动态特点以及在各类系统环境中的易集成性,为医疗电子中的新颖应用提供了可行的替代性解决方案。

　　图1所示为两种新型图像传感器的芯片。

　　2　摄像模块的设计与制作

　　2.1　OV7930摄像模块

　　OV7930是一个高性能的1/4in规格的彩色视频摄像芯片,它专门为那些需要小型封装、低电压、低功耗和低成本的应用场合所设计,支持输出国家电视标准委员会(NationalTelevision StandardsCommittee,NT-SC)制式的复合视频信号,能直接驱动75Ω的视频监视器,只需要直流5V的单电源,专门为超低功耗工作场合所设计。其外围电路及印刷电路板(PCB)图如图2所示。