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Automatisch scharf

Objektiv-Kamera-Systeme für Autofokus-Anwendungen

Wird in der Bildverarbeitung ein System benötigt, das automatisch auf verschiedene Abstände fokussiert, musste man bisher auf motorisierte Zoomobjektive zurückgreifen, oder eine automatische Positionierung des kompletten Kamera-Objektiv-Systems verwirklichen. Durch die Entwicklung von Flüssiglinsen und deren Integration ist es zukünftig möglich, kostengünstige und einfach zu bedienende Autofokussysteme zu realisieren.

 Aufbau eines Cx Objektivs: Zwischen hinterer Optikgruppe und Hauptgeh?use k?nnen die verschiedenen Zubeh?rteile eingef?gt werden. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Aufbau eines Cx Objektivs: Zwischen hinterer Optikgruppe und Hauptgehäuse können die verschiedenen Zubehörteile eingefügt werden. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Um den Einsatz von Flüssiglinsen so einfach wie möglich zu gestalten, steht nun ein Objektiv-Kamera-System zur Verfügung, in das die Flüssiglinse als Autofokuselement bereits integriert ist und bei dem sie direkt über die Kamera angesteuert wird. So entsteht ein kompaktes und einfach zu bedienendes Autofokussystem. Der bisher notwendige Entwicklungsaufwand, um die Flüssiglinse mit der vorhandenen Optik zu kombinieren und über Elektronik und Software anzusteuern, entfällt komplett. Das System besteht aus einem Festbrennweitenobjektiv mit C-Mount aus der Cx Serie von Edmund Optics, in das über eine Halterung eine Flüssiglinse von Varioptic (Invenios Group) integriert ist, sowie einer USB3.0 Kamera von Pixelink, über welche die Flüssiglinse direkt angesteuert wird.

Festbrennweitenobjektiv mit Flüssiglinse

 Die Festbrennweitenobjektive der Cx Serie stehen in vier Brennweiten (12, 16, 25 und 35mm) zur Verf?gung. Im Vordergrund liegt die Fl?ssiglinse von Varioptic in der entsprechenden Halterung. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Die Festbrennweitenobjektive der Cx Serie stehen in vier Brennweiten (12, 16, 25 und 35mm) zur Verfügung. Im Vordergrund liegt die Flüssiglinse von Varioptic in der entsprechenden Halterung. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Edmund Optics hat aus der C Objektivserie mit Festbrennweite und C-Mount die kompakte Cx Serie entwickelt, die in vier Brennweiten (12, 16, 25 und 35mm) zur Verfügung steht und deren Einsatz bis zu einem Sensorformat von 2/3″ möglich ist. Die modularen Objektive bestehen aus einer vorderen Optikgruppe, einem Hauptgehäuse und einer hinteren Optikgruppe. Zwischen der hinteren Baugruppe und dem Hauptgehäuse können drei Arten von Zubehör eingesetzt werden: Festblenden, Filterhalter oder ein Halter für die Flüssiglinsen. Die Objektive können also nicht nur als Autofokusobjektive mit Flüssiglinse betrieben werden, sondern alternativ auch als manuell fokussierbares Objektiv mit fester Blendenzahl oder als manuell fokussierbares Objektiv mit integriertem Filter. Es stehen zwei Flüssiglinsen von Varioptic (Invenios Group) für den Einsatz in den Objektiven zur Verfügung: die Arctic25H für 12, 16 und 25mm Brennweite sowie die Arctic39N für 35mm Brennweite. Die Flüssiglinsen haben einen freien Durchmesser von 2,5mm (Arctic25H) bzw. 3,9mm (Arctic39N). Sie fungieren gleichzeitig als Aperturblende, d.h. als begrenzendes Element im Strahlengang und bestimmen somit die Blendenzahl des Objektivs. Die Flüssiglinsen können in die Halterungen eingesetzt und so problemlos in das System integriert werden. Um den Einfluss der Flüssiglinse auf die Abbildungsqualität des Objektivs so gering wie möglich zu halten, sollte das Objektiv zuerst aber bei nicht gekrümmter Flüssiglinse manuell auf den am weitesten entfernt liegenden Punkt fokussiert werden. Erst danach sollte der Fokus über die Flüssiglinse zum Einsatz kommen. Je geringer die Krümmung der Flüssiglinse, desto geringer ist auch der Einfluss auf die Abbildungsqualität. Passend dazu liefert Pixelink USB3.0 Kameras mit CMOS Sensoren (monochrom und Farbe) und verschiedenen Auflösungen und Sensorgrößen zwischen 1/2,5″ und 2/3″. Die Kameras ermöglichen eine direkte Stromversorgung und Ansteuerung der Flüssiglinse. Über die Capture Software bzw. das SDK von Pixelink kann diese angesteuert und das Objektiv auf verschiedene Abstände fokussiert werden. Die Fokussierung erfolgt über das Anlegen einer Spannung. Da es keine beweglichen Teile gibt, die verschleißen können, entsteht ein geringer Stromverbrauch, eine hohe Schockunempfindlichkeit sowie eine schnelle Reaktionszeit des Autofokussystems.

Fazit

 Die USB3.0 Kameras von Pixelink erm?glichen die direkte Stromversorgung und Ansteuerung der Fl?ssiglinse im Objektiv. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Die USB3.0-Kameras von Pixelink ermöglichen die direkte Stromversorgung und Ansteuerung der Flüssiglinse im Objektiv. (Bild: Edmund Optics GmbH)

Mit der Kombination aus Objektiv, Kamera und Flüssiglinse beschreiten die drei Firmen einen Weg hin zu einfachen Plug&Play Autofokussystemen und weg von den bisherigen aufwändigen Autofokusaufbauten mit Motorisierung. Der Einsatz der neuen Systeme ist nicht alleine auf die industrielle Bildverarbeitung limitiert. Auch in der Medizintechnik, der Mikroskopie, beim Auslesen von Barcodes oder in anderen Bereichen, in denen eine schnelle Fokussierung auf unterschiedliche Ebenen notwendig ist, können die kompakten Autofokussysteme mit Flüssiglinse eingesetzt werden.

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