Kamerasysteme mit Flüssiglinsen

Verschleißfreie Fokussierung

Kamerasysteme mit Flüssiglinsen von IDS und EO

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Mit den modularen Active-Focus-Boardlevel-Kameras (AF) von IDS sowie den Flüssiglinsen-Objektiven von Edmund Optics lassen sich Kameraanwendungen mit variablen Objektabständen nun einfacher umsetzen. Die mit Flüssiglinsen ausgestatteten Kameras fokussieren in Millisekunden auf unterschiedliche Objektabstände – und das für Millionen von Zyklen, verschleißfrei und ohne bewegliche Teile.

Dr. Boris Lange, Manager Imaging Europe, Edmund Optics GmbH und Heiko Seitz, Technischer Redakteur, IDS Imaging Development Systems GmbH

Da immer mehr Fertigungsanlagen nicht mehr nur für die Massenproduktion sondern auch in Kleinserien rentabel arbeiten sollen, muss die Anpassung auf neue Produkte und damit unterschiedliche Arbeitsabstände einfach und schnell zu bewerkstelligen sein. Dementsprechend müssen viele Bildverarbeitungsanwendungen die häufigen Wechsel ihres Arbeitsabstandes kompensieren können. Mit Flüssiglinsen ausgestattete Kameras machen dies möglich. Sie fokussieren in Millisekunden auf unterschiedliche Objektabstände – und das für Millionen von Zyklen, verschleißfrei und ohne bewegliche Teile. Die Corning-Varioptic-Flüssiglinsen basieren beispielsweise auf dem Prinzip der Elektrobenetzung, also der Manipulation der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit durch ein elektrisches Feld. Die damit mögliche Verformung eines Wassertropfens kann funktional wie eine optische Linse genutzt werden. Diesem Prinzip folgend bestehen die Flüssiglinsen aus einer Zelle mit zwei unmischbaren Flüssigkeiten, deren unterschiedliche Brechungsindizes das Licht an der Grenzfläche ebenso brechen, wie es bei einer konventionellen Linse aus Glas der Fall ist. Mit Anlegen einer Spannung von bis zu 70 V verändert sich allerdings das Verhältnis der Oberflächenspannung zwischen den Flüssigkeiten, wodurch der Krümmungsradius der sphärischen Grenzfläche gezielt steuerbar wird.

Einfache Handhabung und Justage

Edmund Optics (EO) hat zur Fachmesse Vision 2018 eine auf Corning-Varioptic-Flüssiglinsen basierende Serie von S-Mount-Objektiven (M12) vorgestellt. Die Integration der Flüssiglinse an Stelle der Apertur ermöglicht ein kompaktes Objektiv-Design sowie eine kleine Blendenzahl von F/2.4 bei allen vier Brennweiten von 6 mm bis 16mm. Da das Optikdesign auf die Flüssiglinsen abgestimmt ist, bietet die Produktserie eine hohe Bildqualität auf großen Sensorformaten von 1/2 Zoll beziehungsweise 1/1,8 Zoll. Das optomechanische Design unterstützt zudem eine einfache Handhabung der Objektive: Sie werden bis zum mechanischen Anschlag eingeschraubt und die Fokussierung zwischen dem Mindestabstand und Unendlich erfolgt anschließend über die Flüssiglinse. Darüber hinaus ist die hintere Linsengruppe abnehmbar, sodass der Anwender direkten Zugang zur Flüssiglinse hat. Dies ermöglicht die Drehung der Linse um 180°, was den elektrischen Anschluss an die Kamera erleichtert.

Mit den Modellen uEye LE USB 3.1 Gen 1 AF bietet IDS Imaging Development Systems Boardlevel-Platinenkameras mit S-Mount oder CS-/C-Mount als fokussierbare Varianten an. Die Flüssiglinsensteuerung erfolgt dabei über ein zusätzliches Connectorboard, das mit den digitalen Ein- und Ausgängen der Kameraplatine verbunden ist, wodurch auch die I2C-Kommunikation mit dem Flüssiglinsentreiber ermöglicht wird. Durch die vollständige Implementierung der Varioptic-Technologie in der uEye Software, kann der Fokus der Industriekamera bequem per Benutzeroberfläche oder über die uEye Programmierschnittstelle justiert werden. Das modulare Kamerakonzept erlaubt außerdem sowohl seitens der Software als auch der Hardware eine einfache Erweiterungsmöglichkeit für verschiedene Anwendungen. Anwender können die benötigte Flüssiglinse somit selbst bestimmen und montieren. Kompatibel sind alle Objektive, die auf einer Varioptic-Flüssiglinse basieren.

In der neuen IDS-NXT-Vegas-Plattform kommt ebenfalls eine Varioptic-Flüssiglinse zum Einsatz. Im komplett geschlossenen und nach IP65 geschützten Kameragehäuse bietet die Flüssiglinse als optische Komponente Nutzern per Software die nötige Kontrolle über die Fokusebene des wandlungsfähigen Embedded Vision Systems. Unterstützt durch einen ToF-Sensor (Time-of-Flight) zur Abstandsmessung fokussiert die integrierte Flüssiglinse automatisch in Millisekunden und liefert etwa bei Vermessungsaufgaben, fahrerlosen Transportsystemen oder im Überwachungsbereich bei Personenkontrollen scharfe Bilder.

Einsatz an schwer zugänglichen Stellen

Flüssiglinsen können die Flexibilität von Kameraanwendungen maximieren, indem sie sowohl die initiale Einrichtung des Bildes, als auch schnelle Korrekturen der Fokussierung im laufenden Betrieb unterstützen. Gerade wenn Kameras an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden, kann der Fokus bequem per Software nachjustiert werden. Mit den von IDS entwickelten Kameramodellen uEye LE USB 3.1 Gen 1 mit Active Focus sowie den Flüssiglinsenobjektiven von EO gibt es somit nun eine sehr einfach zu integrierende Fokus-Lösung auf dem Markt, mit der konventionelle Anwendungen mit weniger Zeit und Kostenaufwand umsetzbar sind. Auf der anderen Seite können damit aber auch komplett neue Anwendungsfelder adressiert werden, die scharfe Aufnahmen auch bei variablen Objektabständen benötigen. ik

www.ids-imaging.de

Weitere Informationen zu den Kameras von IDS:

hier.pro/D6kqv

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