STEMMER-IMAGING-2016-10-Newsletter-DE-Web
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Technologie-Trends<br />
Anwendungsbeispiele<br />
Unterschied zwischen einer Optik mit fester<br />
Brennweite (links) und einer fokusvariablen Optik.<br />
Bildaufnahme und der nachfolgenden Auswertung<br />
reduziert.<br />
Eine weitere interessante Eigenschaft dieser<br />
Linsen ist die Verwendbarkeit verschiedener<br />
optischer Materialien. Besonders für<br />
polychromatische abbildende Optiken bietet<br />
sich eine Flüssigkeit mit tiefer Dispersion<br />
mit einem Brechungsindex von 1.300 und einer<br />
Abbe-Zahl von <strong>10</strong>0 an. Bei solchen Linsen<br />
tritt praktisch keine chromatische Aberration<br />
auf. Fokusvariable Linsen können aus diesem<br />
Grund auch mit handelsüblichen Objektiven<br />
zu hochqualitativen Autofokussystemen<br />
kombiniert werden, ohne dabei auf zusätzliche<br />
Maßnahmen zur Farbkorrektur achten zu<br />
müssen.<br />
• CHROMATISCHE ABERRATION<br />
Chromatische Aberrationen (Farbabweichungen)<br />
sind Abbildungsfehler, die aufgrund der unterschiedlichen<br />
Brennpunkte der Farben entstehen.<br />
Weißes Licht setzt sich aus verschiedenen Farben<br />
oder Lichtwellenlängen zusammen. Wenn weißes<br />
Licht auf eine Linse trifft, nimmt jede Farbe einen<br />
etwas unterschiedlichen Weg. Dies wird Streuung<br />
genannt. Wenn eine Linse nicht dafür ausgelegt ist,<br />
diese Streuung zu korrigieren, erscheinen auf jeder<br />
Aufnahme Farbsäume. Exakte Messungen sind so<br />
nicht möglich, da die Kanten des Prüfobjekts unscharf<br />
erscheinen. Das Ausmaß dieser Unschärfe<br />
nimmt zum Bildrand hin zu. Wie auf der folgenden<br />
Abbildung zu erkennen ist, werden die Auswirkungen<br />
von chromatischen Aberrationen als Farbsäume<br />
an den Kanten der Objekte sichtbar.<br />
Ein schneller Wechsel des Arbeitsabstands<br />
und demzufolge ein häufiges Fokussieren<br />
wird in vielen Anwendungsfeldern immer<br />
öfter erforderlich. Auch vor dem Hintergrund<br />
von Industrie 4.0 nimmt die Bedeutung fokusvariabler<br />
Linsen zu: Wer kleine Losgrößen<br />
herunter bis zu Stückzahl 1 fertigen will, muss<br />
seine Produktion mit Lösungen ausstatten,<br />
die schnell und flexibel auf sich ändernde<br />
Geometrien der Prüfteile reagieren können.<br />
Schon heute existieren viele Beispiele, in denen<br />
die Optotune-Bauelemente im Einsatz<br />
sind. Eine der offensichtlichsten Anwendungen<br />
ist das Lesen von 2D-Codes, u.a. auf<br />
Objekten unterschiedlicher Größe in der<br />
Logistik-, Pharma- oder Automobilbranche.<br />
Fokusvariable Linsen ermöglichen hier eine<br />
erhebliche Ausweitung des Arbeitsbereichs,<br />
z.B. von unendlich bis auf wenige mm. Im typischen<br />
optischen Aufbau wird die fokusvariable<br />
Linse dabei direkt vor einem Objektiv mit<br />
fester Brennweite montiert.<br />
Flexible Ansteuerung<br />
Es gibt diverse Prinzipien zur Ansteuerung: Ist<br />
dem System die Distanz zum Objekt bekannt,<br />
so lässt sich der Arbeitsabstand in Form eines<br />
offenen Regelkreises direkt steuern, indem<br />
die Linse auf die entsprechende Brennweite<br />
eingestellt wird. Die Distanzinformation kann<br />
z.B. von einem geeigneten Sensor bereitgestellt<br />
werden. In diesem Modus sind Einstellzeiten<br />
des Fokus von 5 bis 15 ms möglich.<br />
Ist die Distanz nicht bekannt, kann die Linse<br />
auch in einem Oszillationsmodus betrieben<br />
werden. Bei tiefen Frequenzen von z.B. 5 Hz<br />
lassen sich mehrere Bilder mit jeweils unterschiedlichen<br />
Arbeitsabständen aufnehmen,<br />
bis ein Code erfolgreich gelesen wurde. Dieser<br />
Ansatz ist zwar langsamer, aber einfach und<br />
ohne Kalibrierung zu implementieren.<br />
Bei hohen Frequenzen (bis zu einigen <strong>10</strong>0 Hz)<br />
lässt sich während der Verschlusszeit der ganze<br />
Arbeitsbereich durchstimmen. Es resultiert<br />
ein Bild mit erweiterter Tiefenschärfe, allerdings<br />
bei vermindertem Kontrast, da sich die<br />
einzelnen „Bilder“ mit unterschiedlichem Fokus<br />
während der Verschlusszeit additiv überlagern.<br />
Codes mit gutem Kontrast lassen sich<br />
so dennoch ohne weiteres erkennen.<br />
Das Optotune-Modell EL-16-40 eingebaut<br />
zwischen Kamera und Objektiv<br />
Zählen von Partikeln in einem 3-dimensionalen<br />
Flüssigkeitsvolumen sind geeignete Anwendungen<br />
für die Optotune-Linsen.<br />
Bei Anwendungen, welche eine hohe Vergrößerung<br />
erfordern, wird die fokusvariable Linse<br />
zwischen Objektiv und Tubuslinse platziert.<br />
Der erreichbare Z-Bereich hängt dabei vom<br />
Vergrößerungsfaktor ab. Ein typisches System<br />
erreicht bei einer 5-fachen Vergrößerung einen<br />
Z-Bereich von 16 mm. Wird die fokusvariable<br />
Linse von einer 12 Bit-Stromquelle betrieben,<br />
die 4096 Schritte erlaubt, so ist eine<br />
axiale Auflösung von 4 µm erreichbar.<br />
Teil eines Gesamtsystems<br />
<strong>STEMMER</strong> <strong>IMAGING</strong> vertreibt die fokusvariablen<br />
Linsen von Optotune bereits seit einiger<br />
Zeit. In Kombination mit allen weiteren erforderlichen<br />
Komponenten wie unter anderem<br />
den geeigneten Beleuchtungen, Optiken und<br />
Kameras, dem Stromtreiber von Gardasoft sowie<br />
hilfreichen Servicedienstleistungen wie<br />
Machbarkeitsstudien oder Unterstützung bei<br />
der Auslegung von Systemen bieten wir alles<br />
aus einer Hand, um die Nutzung dieser Technologie<br />
zu vereinfachen. Dank der zunehmenden<br />
Verfügbarkeit von Elektronik und Software<br />
ist die Integration von fokusvariablen<br />
Linsen somit heute so einfach wie noch nie.<br />
• VI<strong>DE</strong>O ANSEHEN<br />
So vereinfachen<br />
Optotune-Linsen Ihre<br />
Anwendung:<br />
Auch die Inspektion von optischen Komponenten<br />
mit mehreren Oberflächen wie z.B.<br />
Kameralinsen von Mobiltelefonen oder das<br />
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