DE102014104028B4 - Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren - Google Patents

Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren Download PDF

Info

Publication number
DE102014104028B4
DE102014104028B4 DE102014104028.7A DE102014104028A DE102014104028B4 DE 102014104028 B4 DE102014104028 B4 DE 102014104028B4 DE 102014104028 A DE102014104028 A DE 102014104028A DE 102014104028 B4 DE102014104028 B4 DE 102014104028B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lens
image
image feature
view
adaptive lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102014104028.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014104028A1 (de
Inventor
Florian Schneider
Denise Stang
Dirk STROHMEIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sick AG
Original Assignee
Sick AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sick AG filed Critical Sick AG
Priority to DE102014104028.7A priority Critical patent/DE102014104028B4/de
Priority to DK15155872.3T priority patent/DK2924973T3/da
Priority to EP15155872.3A priority patent/EP2924973B1/de
Priority to JP2015053601A priority patent/JP6153960B2/ja
Priority to US14/661,246 priority patent/US9746691B2/en
Priority to CN201510126476.4A priority patent/CN104950405B/zh
Publication of DE102014104028A1 publication Critical patent/DE102014104028A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014104028B4 publication Critical patent/DE102014104028B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G02B27/648Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake for automatically maintaining a reference alignment, e.g. in self-levelling surveying instruments
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H04N17/002Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/06Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of fluids in transparent cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/12Fluid-filled or evacuated lenses

Abstract

Verfahren zum Austausch einer optoelektronischen Vorrichtung (10) mit einem Bildsensor (16) und einer dem Bildsensor (16) vorgeordneten Empfangsoptik (14) mit einer adaptiven Linse (26), dadurch gekennzeichnet, dass eine später auszutauschende optoelektronische Vorrichtung (10) mindestens ein Bildmerkmal (20) und eine Position des Bildmerkmals (20) bezüglich ihres Bildsensors (16) speichert und eine als Austauschgerät vorgesehene optoelektronische Vorrichtung (10) das Bildmerkmal (20) und die Position des Bildmerkmals (20) einliest und die adaptive Linse (26) verkippt, so dass sich das Bildmerkmal (20) in einer Aufnahme des Bildsensors (16) an der richtigen Position befindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch einer optoelektronischen Vorrichtung.
  • Für eine reibungslose Funktion muss in optischen Systemen mit hohen Qualitätsanforderungen eine verlässliche Justierung gewährleistet werden. Das betrifft zum einen die Fertigung, wo während oder nach dem Zusammenbau die optischen Komponenten, wie Lichtquellen, Linsen, Filter oder Bildsensoren, zueinander ausgerichtet werden, um Toleranzen oder Chargenschwankungen auszugleichen. Die mechanische Justage erfordert zusätzliche Freiheitsgrade im Design, um überhaupt Verstellmöglichkeiten für die Ausrichtung zu bieten, und außerdem Betriebsmittel beziehungsweise Personalaufwand für die manuelle, halb- oder vollautomatische Durchführung der Justage. Dadurch werden die Herstellkosten erheblich erhöht.
  • Die Justierung spielt zum anderen auch im Feld eine wichtige Rolle. Hier geht es darum, das optische System unter Ausgleich von Versatz- und Verkippungstoleranzen zwischen den Befestigungspunkten des Geräts und einem gewünschten Beleuchtungs- beziehungsweise Sichtbereich auszurichten. Wird ein Austausch eines optischen Systems erforderlich, muss dieser Vorgang wiederholt werden. Beim parallelen Einsatz mehrerer optischer Systeme, etwa in einer Multihead-Kamera mit mehreren Kameramodulen, ist für die gegenseitige Ausrichtung zu sorgen.
  • Alternativ zu einer Ausrichtung ist bei Kamerasystemen auch denkbar, den Sichtbereich durch Bildverarbeitung zuzuschneiden, der sich dadurch jedoch verkleinert. Dies gilt entsprechend für die Parallelisierung mehrerer Kameramodule, wo ein Toleranzbereich als zusätzliche Überlappungsfläche vorgehalten werden kann, um ein lückenloses, aber wegen der zusätzlichen Überlappung verkleinertes Gesamtgesichtsfeld zu erhalten.
  • In optischen Systemen ist häufig eine Optik vorgesehen, die mit Hilfe einer Fokusverstellung auf einen bestimmten Abstand oder Abstandsbereich scharf eingestellt wird, indem elektromechanisch oder optomechanisch die Position der Linsen und damit die Schnittweite der Sende- oder Empfangsoptik verstellt wird. Solche Lösungen erfordern viel Bauraum und stellen zudem hohe Ansprüche an den mechanischen Aufbau zur präzisen Einstellbarkeit, damit eine vorgegebene Fokuslage auch tatsächlich angenommen wird. Eine Alternative ist der Einsatz von Optiken, bei denen nicht die Schnittweite, sondern unmittelbar die Form und damit die Brennweite der Linse selbst mittels einer Spannungsansteuerung variiert wird. Insbesondere werden dafür Gel- oder Flüssiglinsen genutzt. Bei einer Gellinse wird eine silikonartige Flüssigkeit mittels piezoelektrischer oder induktiver Aktoren mechanisch deformiert. Flüssiglinsen nutzen beispielsweise den sogenannten Elektrobenetzungseffekt (electrowetting) aus, indem zwei nicht mischbare Flüssigkeiten in einer Kammer übereinander angeordnet werden. Bei Anlegen einer Steuerspannung ändern die beiden Flüssigkeiten ihre Oberflächenspannung in unterschiedlicher Weise, so dass die innere Grenzfläche der Flüssigkeiten spannungsabhängig ihre Krümmung verändert. Ein optoelektronischer Sensor mit Fokusverstellung auf Basis von Flüssiglinsen ist aus der DE 10 2005 015 500 A1 oder der DE 20 2006 017 268 U1 bekannt. Die Fokusverstellung ermöglicht eine Anpassung an die Szenerie, ersetzt aber keine Justierung.
  • In Weiterbildung von Flüssiglinsen zur Fokusverstellung schlägt die EP 2 071 367 A1 vor, auch die Verkippung der Flüssiglinse durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen in Umlaufrichtung zu verändern. Um die Aufnahme verwackelter Bilder zu verhindern, wird dann die Eigenbewegung der Kamera ermittelt, und eine oder mehrere Linsen in der Kamera werden verkippt, um dieser Eigenbewegung entgegenzuwirken. Diese Bewegungskompensation basiert ebenfalls auf einer zuvor erfolgten Ausrichtung der Kamera in sich. Eine Ausrichtung bezüglich der Szenerie ist für eine handgehaltene Kamera ohnehin nicht festgeschrieben.
  • In der DE 10 2005 015 500 A1 wird ein weiterer optoelektronischer Sensor mit einer Flüssiglinse offenbart, die durch einen asymmetrischen Rahmen oder unterschiedliche elektrische Potentiale an separaten Elektroden des Linsenrahmens in ihren Strahlformungseigenschaften asymmetrisch veränderbar ist. Das Dokument erläutert dann aber nicht, wozu das genutzt werden kann.
  • Aus der US 2004/0227838 A1 ist ein Bildsensor mit einem variablen optischen Element bekannt, das eine Verschiebung und Verkippung der optischen Achse kompensieren kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Justierung einer optoelektronischen Vorrichtung zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Austausch einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Optik mit einer adaptiven Linse, deren Verkippung durch elektronische Ansteuerung verändert werden kann. Die adaptive Linse ist vorzugsweise auch in ihrer Brennweite verstellbar, um eine Fokuslage einzustellen. Durch das Verkippen der adaptiven Linse können auf sehr einfache Weise Toleranzen ausgeglichen werden. Das können Fertigungstoleranzen der Bauteile selbst sein, also Chargenschwankungen von Lichtsender, Lichtempfänger oder optischen Elementen. Eine weitere Quelle sind Ungenauigkeiten beim Einbau der Bauteile in die Vorrichtung, die zu Montagetoleranzen der Bauteile zueinander und zu einem Gehäuse führen. Montagetoleranzen können aber auch die Anbringung der Vorrichtung am Ort der Anwendung betreffen. Häufig ist Ziel der Justage, dass ein Beleuchtungs- beziehungsweise Sichtfeld der Vorrichtung eine spezifizierte Geometrie und Ausrichtung aufweist, also eine gewünschte Position, Orientierung und Form in der Szenerie annimmt.
  • Das Verfahren bezieht sich auf den Austausch einer Kamera mit einem Bildsensor und einer dem Bildsensor vorgeordneten Empfangsoptik mit einer adaptiven Linse. Hier speichert eine später möglicherweise auszutauschende Kamera mindestens ein Bildmerkmal und dessen Position bezüglich ihres Bildsensors. Beim Austausch nutzt das Austauschgerät diese Informationen und sorgt dafür, dass sich das Bildmerkmal an der richtigen Position befindet. Damit ist gewährleistet, dass das Austauschgerät seine Funktion in einer gleichen Ausrichtung übernehmen kann.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass aufwändige mechanische Justageprozesse eliminiert werden können. Dadurch werden Kosten in Design und für die Durchführung der Justage eingespart. Dennoch wird eine sehr gute Anpassung erreicht. Die Verkippung ist eine wesentliche Einflussgröße, da Verkippungstoleranzen in der Fokusebene zu einem großen lateralen Versatz führen.
  • Die Vorrichtung weist bevorzugt ein Speicherelement auf, um eine im Fertigungsprozess eingelernte Kippstellung der adaptiven Linse als justierte Werkseinstellung zu speichern. Durch Einstellen der gespeicherten Kippstellung entsteht eine justierte Vorrichtung, ohne dass mechanische Justiermöglichkeiten in deren Design vorgesehen werden müssen oder ein aufwändiger Justagevorgang erforderlich ist. Alternativ zu den Werkseinstellungen ist aber auch eine anwendungsspezifische Verkippung und damit Ausrichtung denkbar.
  • Die Vorrichtung ist bevorzugt als Kamera mit einem Bildsensor als Lichtempfänger ausgebildet. Durch das Verkippen der adaptiven Linse werden Bildsensor und Empfangsoptik auf einfache Weise zueinander ausgerichtet, und es wird ein Sichtfeld der Kamera eingestellt.
  • Die Vorrichtung ist dafür ausgebildet, in einer Aufnahme des Bildsensors mindestens ein Bildmerkmal zu identifizieren und samt Position zu speichern. Anhand des Bildmerkmals kann die Justageeinheit eine einmal erreichte Ausrichtung überprüfen. Vornehmlich dienen aber das Bildmerkmal und dessen Position als Vorbereitung für einen späteren Gerätetausch. Die Speicherung erfolgt vorzugsweise dauerhaft, also unabhängig vom Betrieb der Vorrichtung, damit die Daten auch nach längerer Betriebspause oder bei einem Defekt verfügbar bleiben. Geeignet ist auch die Speicherung in einer übergeordneten Steuerung oder auf einem entnehmbaren Medium.
  • Die Vorrichtung ist dafür ausgebildet, mindestens ein Bildmerkmal und eine Position des Bildmerkmals einzulesen und die adaptive Linse so zu verkippen, dass sich das Bildmerkmal in einer Aufnahme des Bildsensors an der Position befindet. So wird eine zuvor erreichte Justierung anhand der Szenerie automatisch reproduziert. Die eingelesenen Daten sind vorzugsweise diejenigen, die ein anders Gerät erzeugt und gespeichert hat. Damit wird eine Austauschbarkeit erreicht, indem das Austauschgerät anhand des mindestens einen Bildmerkmals automatisch den identischen Sichtbereich wie das ausgetauschte Gerät einstellt. Damit bleibt der gesamte physikalische Sichtbereich auszutauschender Systeme erhalten, ohne dass beispielsweise durch Beschneiden der Aufnahmen auf einen kleineren gemeinsamen Sichtbereich Informationen verlorengehen.
  • In einer alternativen Ausführungsform sind mindestens zwei Bildsensoren vorgesehen, denen jeweils eine Optik mit einer adaptiven Linse mit variabler Verkippung vorgeordnet ist, wobei die Sichtbereiche der Bildsensoren einen Überlappungsbereich aufweisen. Die Justageeinheit identifiziert hier mindestens ein Bildmerkmal in dem Überlappungsbereich und richtet anhand des Bildmerkmals die Sichtfelder der Bildsensoren durch Verkippen mindestens einer adaptiven Linse zueinander aus. Vorteilhafterweise befinden sich die einzelnen Sichtfelder nebeneinander und werden so ausgerichtet, dass kein lateraler Versatz auftritt. Dadurch kann der Gesamtsichtbereich maximiert werden, und dazu genügt eine sehr kleine Überlappfläche. Die Bildmerkmale oder auch andere Bildmerkmale außerhalb des Überlappbereichs können außerdem wie oben erläutert für ein Austauschgerät gespeichert werden, um das Ersetzen einzelner Kameramodule unter Erhalt der Ausrichtung zu ermöglichen.
  • Die adaptive Linse ist bevorzugt eine Flüssiglinse oder eine Gellinse. Solche Linsen bieten die gewünschten Einstellmöglichkeiten und sind dabei sehr bauklein und kostengünstig. Das Verkippen einer solchen Linse bedeutet natürlich nicht zwingend ein geometrisches Verkippen, sondern bezieht sich auf die optische Wirkung, die effektiv einer Verkippung entspricht.
  • Die adaptive Linse weist bevorzugt in Umlaufrichtung segmentierte Ansteuerelemente auf. Bei den Ansteuerelementen handelt es sich beispielsweise um segmentierte Elektroden, die eine Flüssiglinse über den Elektrobenetzungseffekt steuern. Denkbar sind weiterhin segmentierte Aktoren, insbesondere Piezoaktoren, die den Druck auf eine Flüssigkeit lokal verändern und dadurch eine Membran auf Flüssigkeit unterschiedlich krümmen, oder die direkt eine gelartige Substanz der Linse verformen. Durch die Segmentierung in Umlaufrichtung wird eine nicht rotationssymmetrische Beeinflussung der Linse ermöglicht, die zu der optischen Verkippung führt.
  • Bei einem alternativen Verfahren werden mindestens zwei Kameras mit jeweils einem Bildsensor und einer dem Bildsensor vorgeordneten Optik mit einer adaptiven Linse mit variabler Verkippung zueinander ausgerichtet. Dazu wird mindestens ein Bildmerkmal in einem Überlappungsbereich identifiziert, und die Sichtfelder der Bildsensoren werden anhand des Bildmerkmals durch Verkippen mindestens einer adaptiven Linse zueinander ausgerichtet. Es entsteht dabei ein ausgerichtetes Gesamtsichtfeld von maximaler Größe, wofür ein minimaler Überlappungsbereich genügt.
  • Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem Lichtempfänger und einer verkippbaren adaptiven Linse in der Empfangsoptik;
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem Lichtsender und einer verkippbaren adaptiven Linse in der Sendeoptik;
  • 3 eine Darstellung zur Erläuterung einer Kameraanordnung mit mehreren Kameramodulen und der Ausrichtung der Sichtfelder der Kameramodule mit Hilfe von adaptiven Linsen;
  • 4a eine Darstellung einer adaptiven Linse in einer strahlaufweitenden Einstellung;
  • 4b eine Darstellung der adaptiven Linse in einer neutralen Einstellung;
  • 4c eine Darstellung der adaptiven Linse in einer strahlbündelnden Einstellung;
  • 5a eine Darstellung der adaptiven Linse mit Verkippen nach unten;
  • 5b eine Darstellung der adaptiven Linse ohne Verkippen;
  • 5c eine Darstellung der adaptiven Linse mit Verkippen nach oben; und
  • 6 eine Draufsicht auf die adaptive Linse zur Illustration einer segmentierten, nicht rotationssymmetrischen Ansteuerung.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer optoelektronischen Vorrichtung 10 zur Erfassung von Objektinformationen aus einem Überwachungsbereich 12. Über eine Empfangsoptik 14 erzeugt ein Bildsensor 16, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Chip, Aufnahmen des Überwachungsbereichs 12. Die Bilddaten dieser Aufnahmen werden an eine Auswertungseinheit 18 weitergegeben.
  • Die Empfangsoptik 14 weist eine adaptive Linse auf, die durch elektronische Ansteuerung der Auswertungseinheit 18 verkippt werden kann. Durch das Verkippen ergibt sich eine Variation des Sichtfeldes der Vorrichtung 10. Das Funktionsprinzip der adaptiven Linse wird weiter unten anhand der 4 bis 6 näher erläutert. Der Bildsensor 14 und die in 1 vereinfachend durch die adaptive Linse repräsentierte Empfangsoptik 16 bilden eine Baugruppe, die noch weitere nicht gezeigte optische Elemente, wie Linsen, Spiegel, Blenden oder Filter aufweisen kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Vorrichtung 10 mehrere adaptive Linsen aufweist.
  • Das Verkippen der adaptiven Linse der Empfangsoptik 16 wird in einem Einlernprozess zur Justage genutzt. Dabei fungiert die Auswertungseinheit 18 als Justageeinheit, welche die adaptive Linse ansteuert, um deren Kippstellung zu verändern. In dem Einlernprozess können Toleranzen der Bauteile und deren gegenseitiger Anordnung durch externes Monitoring und gezielte Ansteuerung der adaptiven Linse reduziert werden. Dies kann sowohl im Werk bei der Herstellung als auch im Feld für die konkrete Anwendung erfolgen. Die eingelernte Kippstellung sowie die dafür erforderliche Ansteuerung kann als Werkseinstellung in einem Speicherelement abgelegt werden. Damit ist es jederzeit möglich, die Kippstellung der adaptiven Linse zu variieren und anschließend zu den gespeicherten Einstellungen zurückzukehren.
  • Aufgrund des Bildsensors 16 handelt es sich bei der Ausführungsform gemäß 1 um eine Kamera. Andere Lichtempfänger bilden weitere denkbare optoelektronische Sensoren, etwa Lichtschranken, Lichttaster oder Scanner. Viele derartige Sensoren weisen zusätzlich einen Lichtsender auf, wobei ein eigener Lichtsender auch für eine Kamera als aktive Beleuchtung eingesetzt werden kann. Es ergeben sich damit vielfältige Anwendungen beispielsweise für die Detektion, Inspektion und Vermessung von Objekten. Durch den Einsatz an sich bekannter Signal- oder Bildverarbeitungen zum Lesen von Codes entsteht ein Barcodescanner oder ein kamerabasierter Codeleser.
  • Durch seine Ortsauflösung ermöglicht der Bildsensor 16 einen einfachen Gerätetausch unter Erhalt der Justierung und vor allem des Sichtfeldes. Dazu speichert die Auswertungseinheit 18 des Originalgeräts, also der ursprünglich eingesetzten Vorrichtung 10, nach Abschluss der Montage oder im laufenden Betrieb mindestens ein konstant vorhandenes und verlässlich identifizierbares Bildmerkmal 20 aus dem Überwachungsbereich 20 sowie dessen Position innerhalb des Sichtfeldes der Vorrichtung 10. Als Bildmerkmal 20 eignet sich insbesondere ein Teil eines Beleuchtungsmusters oder ein Lichtfleck einer eigenen Lichtquelle, besonders dann, wenn kein ausreichender natürlicher Szenenkontrast oder kein wenigstens über eine gewisse Zeitspanne konstanter Szenenbereich zu erwarten ist. Beispielsweise kann in der Vorrichtung 10 eine Zielvorrichtung beziehungsweise ein Ziellaser vorgesehen sein, der zur Visualisierung eines Aufnahme- oder Lesebereichs eingesetzt wird.
  • Bei der späteren Inbetriebnahme eines Austauschgeräts werden die vom Originalgerät gespeicherten Daten zu dem Bildmerkmal 20 geladen. Das Austauschgerät detektiert Szenenmerkmale und identifiziert das Bildmerkmal 20 über einen Vergleich der Szenenmerkmale mit den geladenen Daten des Originalsensors. Durch Ansteuerung der adaptiven Linse wird eine Verkippung des Sichtfeldes durchgeführt, bis sich das Bildmerkmal 20 auch für das Austauschgerät an der vorgesehenen Stelle und damit dessen Sichtfeld an derselben Position befindet wie bei dem Originalgerät. Somit erfolgt ein Gerätetausch unkompliziert und unter Erhalt der Funktion, ohne dass der Benutzer Ausrichtungsschritte vornehmen muss, und es ist auch kein Zuschneiden des Sichtfeldes erforderlich, wodurch das effektiv verfügbare Sichtfeld verringert würde.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung 10. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass hier anstelle eines Lichtempfängers oder Bildsensors 16 ein Lichtsender 22 und dementsprechend eine adaptive Linse als Teil einer Sendeoptik 24 statt der Empfangsoptik 14 vorgesehen ist. Die zu 1 beschriebene Justage zum Ausgleich von Teile-, Fertigungs- und Montagetoleranzen ist hier genauso möglich. Ohne eigene Darstellung seien nochmals Mischformen erwähnt, in denen sowohl ein Lichtsender als auch ein Lichtempfänger vorgesehen sind, wobei mindestens im Sendepfad oder im Empfangspfad eine adaptive Linse vorgesehen ist.
  • 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ausrichtung durch Verkippen von adaptiven Linsen. Die optoelektronische Vorrichtung 10 weist hier eine Vielzahl von Kameramodulen 10a–d auf, deren Überwachungsbereiche oder Sichtfelder 12a–d sich zu einem größeren Gesamtsichtfeld ergänzen und die beispielsweise jeweils so aufgebaut sind wie die Vorrichtung 10 gemäß 1. Allerdings muss nicht jedes Kameramodul 10a–d eine eigene Auswertungseinheit 18 besitzen, die stattdessen übergeordnet beziehungsweise nahezu beliebig verteilt implementiert werden kann. Die Kameramodule 10a–d sind untereinander oder mittels einer übergeordneten Steuerung verbunden und können so miteinander kommunizieren.
  • Für den Betrieb sollen die parallel angeordneten Kameramodule 10a–d zueinander ausgerichtet werden. Unberührt davon bleibt eine mögliche Justage der Kameramodule 10a–d in sich, wie sie zuvor beschrieben wurde.
  • Aufgrund von Fertigungs- und Befestigungstoleranzen sind die Sichtfelder 12a–d anfänglich nicht exakt zueinander ausgerichtet. Dies ist in der Mitte von 3 dargestellt. Die herkömmliche Lösung würde vorsehen, das gemeinsame Sichtfeld durch Softwarezuschnitt auf einen durch die gestrichelten Linien illustrierten zentralen Bereich zu beschränken. Dadurch geht aber ein Teil des möglichen Sichtfeldes verloren.
  • Um die Sichtfelder 12a–d aufeinander anzupassen, werden Szenen- oder Bildmerkmale in Überlappungsbereichen der Sichtfelder 12a–d vorzugsweise im maximalen Fokusabstand identifiziert und verglichen. So kann die Ausrichtung durch Verkippen der adaptiven Linsen der Kameramodule 12a–d korrigiert werden, und es ergibt sich die in 3 unten gezeigte optimale Ausrichtung mit maximaler Größe des Gesamtsichtfeldes.
  • Die 4 und 5 zeigen die adaptive Linse der Empfangsoptik 14 beziehungsweise der Sendeoptik 22 in einer beispielhaften Ausführungsform als Flüssiglinse 26 nach dem Elektrobenetzungseffekt. Die Funktionsweise wird anhand dieser Flüssiglinse 26 erläutert, aber die Erfindung umfasst auch andere adaptive Linsen, beispielsweise solche mit einer Flüssigkeitskammer und einer diese bedeckenden Membran, deren Wölbung durch Druck auf die Flüssigkeit verändert wird, oder Linsen mit einem gelartigen optisch durchlässigen Material, dass durch eine Aktorik mechanisch verformt wird.
  • Die aktiv durchstimmbare Flüssiglinse 26 weist zwei transparente, nicht mischbare Flüssigkeiten 28, 30 mit unterschiedlichen Brechungsindizes und gleicher Dichte auf. Die Form der Flüssigkeits-Flüssigkeitsgrenzschicht 32 zwischen den beiden Flüssigkeiten 28, 30 wird zur optischen Funktion verwendet. Die Aktuierung basiert auf dem Prinzip der Elektrobenetzung, welche eine Abhängigkeit der Oberflächen- oder Grenzflächenspannung vom angelegten elektrischen Feld zeigt. Deshalb ist es möglich, die Form der Grenzschicht 32 und damit die optischen Eigenschaften der Flüssiglinse 26 durch elektrische Ansteuerung an einem Anschluss 34 zu verändern, wodurch entsprechende Spannungen an einer Elektrode 36 anliegen.
  • 4 zeigt zunächst die länger bekannte Veränderung der Fokuseigenschaften der Flüssiglinse 26. In 4a wird einfallendes Licht an einer konkaven Grenzschicht 32 aufgestreut. 4b zeigt eine neutrale Einstellung mit flacher Grenzschicht 32, während in 4c die Grenzschicht konvex ist und damit das einfallende Licht bündelt. Es ist klar, dass durch entsprechende Zwischeneinstellungen das Brechungsverhalten feiner abgestuft und beispielsweise eine Brennweite eingestellt werden kann.
  • Die Flüssiglinse 26 kann aber auch in ihrer Verkippung beeinflusst werden. Dies wird in 5 illustriert und beruht auf nicht rotationssymmetrisch angelegten Spannungen und damit elektrischen Feldern. Dementsprechend wird die Grenzschicht 32 nicht rotationssymmetrisch verformt, was für die Verkippung ausgenutzt wird. 5a zeigt eine Verkippung der Flüssiglinse 26 nach unten, 5b eine rotationssymmetrische Einstellung ohne Verkippung zum Vergleich, und 5c eine Verkippung der Flüssiglinse 26 nach oben. Dabei bezieht sich die Richtung der Verkippung jeweils auf die optische Wirkung, also aus welcher Richtung Licht empfangen wird beziehungsweise in welche Richtung Sendelicht ausgesandt wird. Der Verkippung kann jeweils eine Fokussierung überlagert sein.
  • 6 zeigt eine Draufsicht auf die Flüssiglinse 26, um nochmals die nicht rotationssymmetrische Ansteuerung zu erläutern. Dazu wird nämlich die Elektrode 36 segmentiert. Zur Ansteuerung der hier beispielhaft vier Segmente 36a–d kann mindestens ein in 5 gezeigter zusätzlicher Anschluss 34b erforderlich werden. Durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die Segmente 36a–d wird die Grenzschicht 32 in einer nicht rotationssymmetrischen Weise verformt, und deshalb kann neben der Brennweite auch eine Verkippung der Linsenform eingestellt werden.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Austausch einer optoelektronischen Vorrichtung (10) mit einem Bildsensor (16) und einer dem Bildsensor (16) vorgeordneten Empfangsoptik (14) mit einer adaptiven Linse (26), dadurch gekennzeichnet, dass eine später auszutauschende optoelektronische Vorrichtung (10) mindestens ein Bildmerkmal (20) und eine Position des Bildmerkmals (20) bezüglich ihres Bildsensors (16) speichert und eine als Austauschgerät vorgesehene optoelektronische Vorrichtung (10) das Bildmerkmal (20) und die Position des Bildmerkmals (20) einliest und die adaptive Linse (26) verkippt, so dass sich das Bildmerkmal (20) in einer Aufnahme des Bildsensors (16) an der richtigen Position befindet.
DE102014104028.7A 2014-03-24 2014-03-24 Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren Expired - Fee Related DE102014104028B4 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014104028.7A DE102014104028B4 (de) 2014-03-24 2014-03-24 Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren
DK15155872.3T DK2924973T3 (en) 2014-03-24 2015-02-20 Opto-electronic device and method for its adjustment
EP15155872.3A EP2924973B1 (de) 2014-03-24 2015-02-20 Optoelektronische vorrichtung und verfahren zum justieren
JP2015053601A JP6153960B2 (ja) 2014-03-24 2015-03-17 光電装置および調整方法
US14/661,246 US9746691B2 (en) 2014-03-24 2015-03-18 Optoelectronic apparatus and method for alignment
CN201510126476.4A CN104950405B (zh) 2014-03-24 2015-03-23 光电设备和调准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014104028.7A DE102014104028B4 (de) 2014-03-24 2014-03-24 Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014104028A1 DE102014104028A1 (de) 2015-09-24
DE102014104028B4 true DE102014104028B4 (de) 2016-02-18

Family

ID=52648805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014104028.7A Expired - Fee Related DE102014104028B4 (de) 2014-03-24 2014-03-24 Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9746691B2 (de)
EP (1) EP2924973B1 (de)
JP (1) JP6153960B2 (de)
CN (1) CN104950405B (de)
DE (1) DE102014104028B4 (de)
DK (1) DK2924973T3 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013108800B4 (de) * 2013-08-14 2015-09-03 Sick Ag Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Beleuchtungsfeldes
DE102015119274B4 (de) * 2015-11-09 2018-07-12 Björn Habrich Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Position eines Gegenstandes mittels interferometrischer Längenmessung
KR20170076517A (ko) * 2015-12-24 2017-07-04 주식회사 연시스템즈 단안식 입체 카메라
US10281564B2 (en) * 2016-06-29 2019-05-07 Aptiv Technologies Limited Refractive beam steering device useful for automated vehicle LIDAR
DE102016213380A1 (de) 2016-07-21 2018-01-25 Osram Gmbh Optisches element und beleuchtungsvorrichtung
DE102016122712B3 (de) * 2016-11-24 2017-11-23 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objektinformationen
CN108982062B (zh) * 2018-06-14 2020-04-21 上海卫星工程研究所 一种卫星杂散光测试中线阵成像光学载荷的视场对准方法
CN113132565B (zh) * 2019-12-30 2023-04-25 Oppo广东移动通信有限公司 相机模组、成像设备、图像获取方法及可读存储介质
WO2021170219A1 (en) * 2020-02-25 2021-09-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical system comprising multiple functionality optical arrangement
FR3110707B1 (fr) * 2020-05-20 2022-06-10 Commissariat Energie Atomique Détecteur amélioré avec éléments de déviation pour imagerie cohérente

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040227838A1 (en) * 2003-05-15 2004-11-18 Konica Minolta Opto, Inc. Optical system and image pickup apparatus
US20060079728A1 (en) * 2002-12-03 2006-04-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus for forming variable fluid meniscus configurations
US20100289941A1 (en) * 2008-01-10 2010-11-18 Hiroshi Ito Image pickup apparatus and optical-axis control method
US20120140037A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Lensvector, Inc. Motionless adaptive stereoscopic scene capture with tuneable liquid crystal lenses and stereoscopic auto-focusing methods
EP2789972A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-15 Hexagon Technology Center GmbH Vermessungsgerät mit verformbarem optischem Element

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545815B2 (en) * 2001-09-13 2003-04-08 Lucent Technologies Inc. Tunable liquid microlens with lubrication assisted electrowetting
JP2003098576A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Fuji Photo Optical Co Ltd 雲台装置
KR20130010039A (ko) * 2002-12-10 2013-01-24 가부시키가이샤 니콘 노광 장치 및 디바이스 제조 방법
US6936809B2 (en) * 2003-03-17 2005-08-30 Nokia Corporation Method and device for lateral adjustment of image
JP2004341201A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Konica Minolta Opto Inc 撮像装置
JP2004342228A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置
DE102005015500A1 (de) 2004-04-06 2005-10-27 Visolux Zweigniederlassung Der Pepperl + Fuchs Gmbh Optoelektronischer Sensor
JP2006093805A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Fuji Photo Film Co Ltd 撮影装置および寿命検知装置
FR2883987B1 (fr) * 2005-03-31 2008-02-01 Varioptic Sa Systeme optique de formation d'image a reglage de puissance
DE102005021735B4 (de) * 2005-05-11 2017-05-04 Robert Bosch Gmbh Videoüberwachungssystem
US20070063048A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Havens William H Data reader apparatus having an adaptive lens
DE202006017268U1 (de) 2006-11-11 2008-03-27 Leuze Electronic Gmbh & Co Kg Barcodelesegerät
CN102436018A (zh) * 2006-12-15 2012-05-02 手持产品公司 包括可变形透镜元件的装置和方法
JP2008158247A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Sony Corp 撮像装置用フラッシュ装置および撮像装置
WO2008087973A1 (ja) * 2007-01-17 2008-07-24 Nikon Corporation 光学素子及び撮影光学系と、結像方法及び撮影方法
JP2008293600A (ja) * 2007-05-25 2008-12-04 Funai Electric Co Ltd 光ピックアップ装置
EP2009468B1 (de) * 2007-06-29 2011-10-19 Varioptic Elektrobenetzungsvorrichtung mit Polymerelektrode
EP2071367A1 (de) 2007-12-13 2009-06-17 Varioptic Bildstabilisierungsschaltung für eine Flüssiglinse
US20090245074A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-01 Tunable Optix Corporation Pick-up head assembly for optical disc employing electrically tunable liquid crystal lens
JP2009251339A (ja) 2008-04-08 2009-10-29 Sony Corp 光学装置、照明装置、及び、カメラ
US9171221B2 (en) * 2010-07-18 2015-10-27 Spatial Cam Llc Camera to track an object
JP4529010B1 (ja) 2009-03-30 2010-08-25 シャープ株式会社 撮像装置
US9065991B2 (en) * 2010-11-04 2015-06-23 Lensvector Inc. Methods of adjustment free manufacture of focus free camera modules
KR20140012713A (ko) * 2011-04-08 2014-02-03 케어스트림 헬스 인코포레이티드 이미지 안정화를 위한 액체 렌즈를 갖는 구강내 카메라
US8711275B2 (en) * 2011-05-31 2014-04-29 Apple Inc. Estimating optical characteristics of a camera component using sharpness sweep data
CN104185808A (zh) * 2011-10-11 2014-12-03 派力肯影像公司 包括自适应光学元件的透镜堆叠阵列
DE102012104579B4 (de) * 2012-05-29 2019-02-28 Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg Optischer Sensor
US9210306B1 (en) * 2014-05-31 2015-12-08 Apple Inc. Method and system for a single frame camera module active alignment tilt correction

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060079728A1 (en) * 2002-12-03 2006-04-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus for forming variable fluid meniscus configurations
US20040227838A1 (en) * 2003-05-15 2004-11-18 Konica Minolta Opto, Inc. Optical system and image pickup apparatus
US20100289941A1 (en) * 2008-01-10 2010-11-18 Hiroshi Ito Image pickup apparatus and optical-axis control method
US20120140037A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Lensvector, Inc. Motionless adaptive stereoscopic scene capture with tuneable liquid crystal lenses and stereoscopic auto-focusing methods
EP2789972A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-15 Hexagon Technology Center GmbH Vermessungsgerät mit verformbarem optischem Element

Also Published As

Publication number Publication date
US9746691B2 (en) 2017-08-29
US20150268481A1 (en) 2015-09-24
JP6153960B2 (ja) 2017-06-28
EP2924973A2 (de) 2015-09-30
CN104950405B (zh) 2017-06-30
EP2924973A3 (de) 2015-10-28
CN104950405A (zh) 2015-09-30
EP2924973B1 (de) 2017-04-12
DK2924973T3 (en) 2017-05-01
DE102014104028A1 (de) 2015-09-24
JP2015184677A (ja) 2015-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014104028B4 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Justieren
EP2924974B1 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme von scharfen Bildern
EP2924477B1 (de) Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur erfassung von objektinformationen
EP3338131B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit kanalindividueller einstellbarkeit
EP3366032B1 (de) Vorrichtung mit einer multiaperturabbildungsvorrichtung, verfahren zum herstellen derselben und verfahren zum erfassen eines gesamtgesichtsfeldes
DE102014104026B3 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Aufnehmen eines Bildes
DE102015215833A1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit Optiksubstrat
DE602005004866T2 (de) Fotographisches Linsensystem für sichtbares und infrarotes Licht
DE102014003348A1 (de) Galvanometer-Abtastkamera mit variablem Fokus und Verfahren
EP1698995A1 (de) Identifikationseinrichtung
EP2837961A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung eines digitalen optischen Abbildungssystems, Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern in einem digitalen optischen Abbildungssystem, sowie digitales optisches Abbildungssystem
DE102015107406A1 (de) Kamera für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Lichtleitern und einem optischenFilterelement, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
EP2112540B1 (de) Identifikationseinrichtung zur linienförmigen Erfassung eines in einer Objektebene angeordneten Codes
EP2023181A1 (de) Vorrichtung zum Schwenken eines optischen Strahls
EP3668082A1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zum fokussieren
DE102014119126B3 (de) Streifenprojektor zum Beleuchten einer Szenerie mit einem veränderlichen Streifenmuster
EP3687155B1 (de) Modulare kameravorrichtung und verfahren zur optischen erfassung
EP3037863A1 (de) Digitales optisches gerät mit knickbrücke
DE102014114471B4 (de) Mikroskop mit sich automatisch anpassender Irisblende
DE60105650T2 (de) Lichtbrechender optischer reflektor
DE102018132699B4 (de) Sichtsystem sowie Verstelllinsensystem für ein Sichtsystem
DE10009571A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Justieren einer Kamera
DE102004061334A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor auftreffenden Lichts
EP1728121A1 (de) Verfahren zur steuerung eines aus einem filmaufnahmestrahlengang einer laufbildkamera abgezweigten abbildungsstrahlenganges
DE202018107124U1 (de) Optoelektronischer Sensor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee