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10-2013

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Bildverarbeitung Immer

Bildverarbeitung Immer scharf dank fokusvariabler Polymerlinsen Abb. 1: Funktionsweise der elektrisch fokusvariablen Linsen Abb. 2: Antwortzeiten der elektrisch fokusvariablen Linsen EL-10-30 (rot) und EL-6-18 (blau) Fokusvariable Linsen basierend auf elastischen Polymeren eröffnen neuartige Mö glichkeiten in der adaptiven Optik. Mit diesen formveränderbaren Linsen können optische Systeme kompakt, zuverlässig und mit schnellen Antwortz eiten realisiert werden. Vorteile von Linsen mit variierbarer Brennweite In traditionellen optischen Systemen wird eine Änderung der Fokussierung durch Verschiebung der Linsen erreicht. Dies setzt mechanische Aktuatoren voraus, was die Kompaktheit, die Antwortz eiten und nicht zuletzt auch die Robustheit und Lebensdauer des Systems limitiert. Im Gegensatz dazu kann mit fokusvariablen Linsen die Anz ahl der mechanischen Komponenten reduz iert werden. Einerseits werden dadurch die Systemkosten gesenkt, andererseits verbessert sich die Robustheit und die Kompaktheit des Systems. Zudem verringern sich auf Grund des geringeren Gesamtgewichts der Energieverbrauch und die Antwortz eiten. Funktionsweise der Polymerlinsen mit veränderbarer Form Die vorgestellten fokusvariablen Linsen können je nach Aktuator mechanisch oder elektronisch kontrolliert werden. Das Kernelement der Polymerlinsen besteht aus einer dünnen Membran. Diese bildet die Grenzschicht zwischen zwei Kammern, die mit zwei transparenten Materialien mit unterschiedlichem Brechungsinde x gefüllt sind. Im einfachsten Fall befindet sich in der einen Kammer eine Flüssigkeit und in der anderen Luft. Der Druckunterschied zwischen diesen Kammern bestimmt den Radius der Krümmung bzw. die Form der Linse. Dieser Druckunterschied kann entweder elektrisch oder mechanisch geregelt werden. Im Falle elektrischer Regelung werden Schwingspulen , Piez o- oder Schrittmotoren für die Regelung des Druckunterschiedes verwendet (siehe Abb. 1). Bei der mechanischen Regelung wird ein Gewindering verwendet, der die Membran wölbt, wodurch sich diese mit Flüssigkeit füllt. Damit kann die Linsenform von konkav über plan bis konve x verändert werden. Vorteile und Herausforderungen der Polymerlinsen-Technologie Die Polymerlinsen-Technologie weist viele Vorteile gegenüber alternativen Ansätzen fokusvariabler Linsen auf. Allen voran sind dies die großen Fokallängenbereiche bei hohen Aperturgrößen. So lassen sich z.B. bei 20 mm Apertur ohne weiteres Brechkräfte von -25 bis +25 Dioptrien erreichen oder bei 55 mm Apertur Fokallängen von 60 mm bis unendlich. Die elektrische Version lässt sich bei tiefen Spannungen (

Abb. 3: Aufbau mit Distanzsensor für konstanten Fokus Abb. 4: Beispiel einer adaptiven Beleuchtung mit einer formveränderbaren Linse sor mit einer Genauigkeit von ca. 1 mm neben der Kamera montiert wurde. Das entsprechende Signal lässt sich direkt über den Analogeingang des Linsentreibers in die Software einspeisen. Über eine Umsetzungstabelle kann damit der Strom durch die Linse gesteuert werden, sodass neue Objekte innert 15 Millisekunden scharf gestellt werden. Eine solch rascher Autofokus erlaubt es Objekte unterschiedlicher Höhe auf schnell laufenden Bändern zu inspiz ieren und mit hoher Z uverlässigkeit Barcodes zu erkennen. Beleuchtung : Fokusvariable Linsen sind nicht nur für abbildende Anwendungen vorteilhaft, sondern auch für Beleuchtungssysteme. Für diese Anwendungen sind große Verstellbereiche notwendig und die optischen Intensitäten sind hoch. Formveränderbare Kondenserlinsen basierend auf der Polymerlinsentechnologie erfüllen diese Bedingungen. Ein Beispiel ist in Abb. 4 gez eigt. Dieses Spotlicht ermö glicht einen verstellbaren Strahlwinkel. Das Design besteht aus einer LED, sekundärer Optik und einer formveränderbaren Kondensorlinse und einem Deckglas. Die LED zusammen mit der Sekundäroptik bestimmt den ma ximalen Strahlwinkel des Spotlichtes. Durch Einstellung der Kondensorlinse zu einer konvexen Form wird das Licht auf eine kleinere Spotgröße fokussiert. Der Strahlwinkel kann damit z.B. von 45 bis 10 Grad (definiert über die full width half ma ximum, FWHM) variiert werden. Neben den erwähnten Anwendungen in Beleuchtungs- und Abbildungssystemen profitieren auch andere Gebiete wie z.B. die Ophthalmologie von den vorgestellten fokusvariablen Linsen. Desweiteren sind auch biomediz inische Anwendungen wie beispielsweise Brillengläser oder sogar Intraokularlinsen sehr vielversprechend. Dank der hohen Z erstörschwelle sind die Polymerlinsen auch sehr gut geeignet für Laseranwendungen wie Materialbearbeitung oder Laserprojektion. • Optotune AG www.optotune.com Die Techspec Achromatenpaare mit C-Mount- Fassung verwenden eine integrierte Irisblende, mit der sowohl die numerische Apertur (NA) als auch die Schärfentiefe individuell angepasst werden kann, was eine hervorragende Kontrolle des Lichtdurchsatzes ermöglicht. Jede der Linsen ist so orientiert, dass die optimale Abbildungsleistung erzielt werden kann. Das robuste Aluminiumgehäuse der Linsenpaare vermeidet die Risiken, die bei der Handhabung von losen Optiken entstehen und sorgt so für eine längere Haltbarkeit und einfachere Benutzung. Durch die C-Mount-Fassung an den beiden Enden lässt sich das Achromatenpaar leicht montieren und justieren und schnell in jedes optische System integrieren. Individuelle Anpassung von NA und Schärfentiefe Hohe Transmission und geringe Reflexionsverluste Das Techspec Achromatenpaar mit C-Mount- Fassung ist ideal geeignet für Relais- und Projektionsanwendungen und verfügt über eine Breitbandbeschichtung für den sichtbaren Bereich, die über ein breites Spektrum eine hohe Transmission und geringe Reflexionsverluste bietet. Sie sind in acht Modellen erhältlich,mit einer Vergrößerung von 1:1, 1:2 oder 1:3,33 und einer Brennweite von 30 mm und 30 bis 100 mm und 100 mm. Die C-Mount Fassung ist auch ohne vormontierte Linsen erhältlich, sodass sich die Linsen zu individuellen Vergrößerungspaaren kombinieren lassen. Die Achromatenpaare mit C-Mount-Fassung sind sofort ab Lager verfügbar und entsprechend schnell lieferbar. Techspec Objektive für 1-Zollund 4/3-Zoll-Sensoren Edmund Optics (EO) präsentiert die neuen Techspec hochauflösenden Objektive für 1“- und 4/3“-Sensoren. Diese robusten Objektive wurden speziell für die anspruchsvollen Anforderungen industrieller Inspektionsaufgaben entwickelt. Hohe Auflösung bei deutlichem Kontrast Die Objektive ermöglichen hohe Auflösung bei gleichzeitig deutlichem Kontrast. Die Objektive mit 16 mm, 25 mm und 35 mm Brennweite unterstützen Sensoren bis 1“, das 50-mm- Modell sogar 4/3“-Sensoren. Jedes dieser hochauflösenden Objektive mit Festbrennweite und C-Mount-Gewinde ist mit Feststellschrauben für Fokussierung und Blende ausgestattet, um die versehentliche Verstellung zu verhindern, sowie mit einem Filtergewinde, das den Einsatz üblicher Filter erlaubt. Die Objektive für 1“- und 4/3“-Sensoren sind ab Lager verfügbar und entsprechend schnell lieferbar. • Edmund Optics sales@edmundoptics.de www.edmundoptics.de PC & Industrie 10/2013 31

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