DE102014105742A1 - A method for optical quality control and quality control device - Google Patents

A method for optical quality control and quality control device

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DE102014105742A1
DE102014105742A1 DE201410105742 DE102014105742A DE102014105742A1 DE 102014105742 A1 DE102014105742 A1 DE 102014105742A1 DE 201410105742 DE201410105742 DE 201410105742 DE 102014105742 A DE102014105742 A DE 102014105742A DE 102014105742 A1 DE102014105742 A1 DE 102014105742A1
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DE
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Application
Patent type
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color channel
lens
quality control
aperture
aperture diaphragm
Prior art date
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Pending
Application number
DE201410105742
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German (de)
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Rainer Jetter
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Jos Schneider Optische Werke GmbH
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Jos Schneider Optische Werke GmbH
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur optischen Qualitätskontrolle durch Aufnehmen, mittels eines Objektivs (10), umfassend eine Linsenanordnung (101, 102) und eine Aperturblende (103) mit einer Aperturblendenöffnung, von auf einen Bildsensor (30) abgebildeten Prüfobjekten (20) und Vergleichen der Aufnahmen und/oder daraus abgeleiteter Werte mit hinterlegten Referenzdaten, wobei zwischen einzelnen Aufnahmen ein Farbkanalwechsel von einem Ausgangs-Farbkanal, bei dem die unmittelbar vorangegangene Aufnahme erfolgte, zu einem Ziel-Farbkanal, bei dem die unmittelbar folgende Aufnahme erfolgen soll, durchgeführt wird. The invention relates to a method for optical quality control by picking up, by means of a lens (10) comprising a lens assembly (101, 102) and an aperture (103) having an aperture diaphragm, imaged by an image sensor (30) test objects (20) and comparing the recordings and / or any derivative values ​​with stored reference data, wherein a color change of channel, to a target color channel, in which the immediately following recording is to be performed between individual shots of an output color channel, has to undergo the immediately preceding recording becomes.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mit jedem Farbkanalwechsel automatisiert eine Größenänderung der Aperturblendenöffnung erfolgt, wobei die jeweils einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung nach vorgegebenen Regeln in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Ziel-Farbkanal bestimmt wird. The invention is characterized in that, with each color channel change automatically resizing of the aperture diaphragm, whereby the size of each of the aperture diaphragm to be set according to predefined rules in dependence is determined from the current target color channel.

Description

  • Gebiet der Erfindung Field of the Invention
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Qualitätskontrolle durch Aufnehmen, mittels eines Objektivs, umfassend eine Linsenanordnung und eine Aperturblende mit einer Aperturblendenöffnung, von auf einen Bildsensor abgebildeten Prüfobjekten und Vergleichen der Aufnahmen und/oder daraus abgeleiteter Werte mit hinterlegten Referenzdaten, wobei zwischen einzelnen Aufnahmen ein Farbkanalwechsel von einem Ausgangs-Farbkanal, bei dem die unmittelbar vorangegangene Aufnahme erfolgte, zu einem Ziel-Farbkanal, bei dem die unmittelbar folgende Aufnahme erfolgen soll, durchgeführt wird. The invention relates to a method for optical quality control by picking up, by means of a lens, comprising a lens arrangement and an aperture stop having an aperture diaphragm, of imaged on an image sensor devices under test and comparing the recordings and / or derived therefrom values ​​with stored reference data, wherein a between shots color channel change is, to a target color channel, in which the immediately following recording is to take place, performed by an output color channel, has to undergo the immediately preceding recording.
  • Die Erfindung betrifft weiter eine Qualitätskontrollvorrichtung, umfassend The invention further relates to a quality control device, comprising
    • – eine Fördervorrichtung zur Förderung von Prüfobjekten in einen Kontrollbereich, - a conveying device for conveying test objects in a monitoring region,
    • – eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Objektiv und einem Bildsensor zum Aufnehmen der jeweils im Kontrollbereich positionierten und mittels des Objektivs, umfassend eine Linsenanordnung und eine Aperturblende mit einer Aperturblendenöffnung, auf den Bildsensor abgebildeten Prüfobjekte, - an image pickup apparatus with a lens and an image sensor for capturing the positioned respectively in the control area and the lens means comprising a lens arrangement and an aperture stop having an aperture diaphragm imaged on the image sensor devices under test,
    • – eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der Aufnahmen der Prüfobjekte und/oder daraus abgeleiteter Werte mit hinterlegten Referenzdaten, sowie - an evaluation unit for comparing the images of the test objects and / or any derivative values ​​with stored reference data, and
    • – eine Steuereinheit zur Ansteuerung von Farbkanalwechseln zwischen einzelnen Aufnahmen, jeweils von einem Ausgangs-Farbkanal, bei dem die jeweils unmittelbar vorangegangene Aufnahme erfolgte, zu einem Ziel-Farbkanal, bei dem die jeweils unmittelbar folgende Aufnahme erfolgen soll. - a control unit for controlling color channel change between shots, each of an output color channel, in which each was immediately previous recording, to a target color channel, in which the immediately following each recording is to take place.
  • Stand der Technik State of the art
  • Derartige Qualitätskontrollverfahren und -vorrichtungen sind in der Industrie allgemein bekannt. Such quality control methods and apparatus are generally known in the industry. Maschinell erzeugte Produkte, die hier im Hinblick auf ihre Funktion im Rahmen der Qualitätskontrolle als „Prüfobjekte“ bezeichnet werden, werden mittels einer Fördervorrichtung einem Kontrollbereich zugeführt, welcher unter Beobachtung durch eine Bildaufnahmevorrichtung steht. Products produced by machine, referred to herein in terms of their function in the context of quality control as a "test objects" are supplied to a control panel by means of a conveying device, which is under surveillance by an image pickup device. Die Bildaufnahmevorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Bildsensor und ein Objektiv, mit welchem die Prüfobjekte im Kontrollbereich auf den Bildsensor abgebildet werden. The image pickup device basically comprises an image sensor and a lens, with which the test objects are mapped in the control region on the image sensor. Das Objektiv umfasst typischerweise eine Linsenanordnung und eine Aperturblende, durch deren Aperturblendenöffnung Licht vom Prüfobjekt auf den Bildsensor fällt. The lens typically comprises a lens arrangement and an aperture stop, light passes through the aperture diaphragm from the test object on the image sensor. Die aufgenommenen Bilder oder aus ihnen abgeleitete Werte, wie beispielsweise durch Bildverarbeitungsverfahren ermittelte Längen- oder Abstandswerte, werden dann in einer Auswerteeinheit mit entsprechenden Referenzdaten verglichen, um Unterschiede zwischen realisierten Ist-Werten der Prüfobjekte und vorgegebenen Soll-Werten zu ermitteln. The captured images or values ​​derived from them, as determined for example, by image processing method length or distance values ​​are then compared in an evaluation unit with corresponding reference data to detect differences between realized actual values ​​of the test objects and predetermined desired values ​​to be determined. Je nach Größe der Abweichungen können die Prüfobjekte dann als ordnungsgemäß oder als Ausschuss qualifiziert werden, wobei insbesondere im letzteren Fall Anregungen für eine Änderung von Produktionsparametern abgeleitet werden können. Depending on the size of the deviations, the test objects can be classified as correctly or as Committee then, said excitations can be derived for a change of production parameters, in particular in the latter case.
  • Insbesondere bei in Massenproduktion hergestellten Produkten läuft eine derartige Qualitätskontrolle weitestgehend automatisiert ab. Especially with mass-produced products such quality control takes place largely automated. Rein beispielhaft sei hier die Qualitätskontrolle bei der Chip-Herstellung genannt. For example only mentioned here in the chip manufacturing quality control. Die hier auftretenden, sehr kleinen und filigranen Strukturen, die im Rahmen der Qualitätskontrolle überprüft werden müssen, verlangen nach einer sehr hochwertigen Optik der Bildaufnahmevorrichtung, dh nach einem sehr gut korrigierten Objektiv. Occurring here, very small and delicate structures that need to be checked as part of quality control, require a very high-quality optics of the imaging device, that is for a very well-corrected lens. Hinzu kommt, dass aufgrund des automatisierten Prozesses keine umfassende Justierung des Objektivs für jede Aufnahme eines Prüfobjektes erfolgen kann. In addition, due to the automated process not a comprehensive adjustment of the lens can be made for each recording of a test object. Um Prozesstoleranzen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, auszugleichen, ist eine angemessene Schärfentiefe erforderlich, die hinreichend groß ist, um die genannten Toleranzen zu kompensieren, allerdings im Hinblick auf die damit verbundenen Schwierigkeiten beim Objektivdesign nicht größer als notwendig sein sollte. To compensate for process tolerances, such as temperature fluctuations, adequate depth of field is required, which is large enough to compensate for the tolerances specified, but in view of the difficulties involved in lens design should be no larger than necessary.
  • Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich in Fällen, in denen die Qualitätskontrolle in unterschiedlichen Farbkanälen durchgeführt werden muss. A particular difficulty arises in cases where the quality control must be carried out in different color channels. Als Farbkanal sei hier allgemein das beschränkte Spektrum des zur jeweiligen Aufnahme beitragenden Lichtes verstanden. As a color channel is here generally understood the limited range of the contributing for respectively receiving light. Ein Farbkanalwechsel kann dabei auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden. A color change of channel can be carried out in different ways. Beispielsweise kann das Spektrum einer Beleuchtungslichtquelle, zB einer LED-Anordnung mit unterschiedlich farbigen LEDs, mit der die Prüfobjekte im Kontrollbereich beleuchtet werden, verändert werden. For example, the spectrum of an illumination light source such as an LED array can be used with differently colored LEDs with which the test objects are illuminated in the control region changed. Alternativ oder zusätzlich kann das vom Prüfobjekt durch das Objektiv auf den Bildsensor fallende Licht einen Farbfilter durchlaufen, dessen Durchlassspektrum verändert wird. Alternatively or additionally, the run through from the test object through the lens on the image sensor incident light a color filter whose transmission spectrum is changed. Schließlich ist es auch möglich, durch Variation spektral unterschiedlich empfindlicher Sensoren einen Farbwechsel durchzuführen; Finally, it is also possible to carry out by varying differently spectrally sensitive sensors a color change; hierunter soll vorliegend auch die Verwendung eines sogenannten Farb-Sensors fallen, dessen „Pixel“ jeweils in eine Mehrzahl von „Teilpixeln“ unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit unterteilt sind, wie dies bei typischen Farb-CCD-Sensoren der Fall ist. here is intended to fall under the present case, the use of a so-called color sensor, the "pixel" are each divided into a plurality of "sub pixels" different spectral sensitivity, as is the case with typical color CCD sensors. Die erreichbare Abbildungsschärfe eines gegebenen Objektivs hängt nämlich stark von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. The achievable image sharpness of a given lens depends namely highly dependent on the wavelength of the light used. Insofern hängt auch die Schärfentiefe von der Wellenlänge, dh vom jeweils gewählten Farbkanal ab. To that extent also depends on the depth of the wavelength, ie on the selected color channel from. Besteht nun die Forderung, für jeden Farbkanal eine Mindest-Schärfentiefe zu realisieren, wird üblicherweise der Ansatz verfolgt, das Objektiv so hoch zu korrigieren, dass die Schärfen- und Schärfentiefenforderung für alle Wellenlängen simultan erfüllt sind. Now there is a demand to realize a minimum depth for each color channel, the approach is usually to correct the lens so high that the sharpness and depth of demand are simultaneously satisfied for all wavelengths. Dies bedeutet einen ungeheuren Korrektionsaufwand, was das Objektiv teuer und im Hinblick auf die damit üblicherweise verbundene, hohe Linsenzahl schwer, schwierig zu montieren und anfällig macht. This means an enormous Korrektionsaufwand what hard difficult to mount the lens and expensive in view of the conventionally connected therewith, high number of lenses, and makes them vulnerable.
  • Aus der From the EP 1 791 075 B1 EP 1791075 B1 ist für einen Barcode-Leser der Ansatz bekannt, die Schärfentiefe zu verbessern, indem der Barcode zweifach auf unterschiedliche Teilbereiche eines Bildsensors abgebildet wird, wobei das Licht für die unterschiedlichen Abbildungen unterschiedliche Aperturblenden mit unterschiedlich großen Aperturblendenöffnungen durchläuft. is for a bar code reader, the approach known to improve the depth of field by the barcode is doubly mapped to different parts of an image sensor, the light for the different figures goes through different aperture diaphragms with different sized Aperturblendenöffnungen. Dieser Ansatz, der schon wegen seiner asymmetrischen Strahlführung nicht für die Abbildung filigraner Prüfobjekte geeignet ist, bietet auch keinen Ansatz zur Lösung des oben erläuterten Farbkanal-Problems. This approach, which is not suitable if only because of its asymmetrical beam guidance for imaging delicate test objects, also offers no approach to solving the above-mentioned color channel problem.
  • Aus der From the WO 2006/103663 A1 WO 2006/103663 A1 ist der Ansatz bekannt, eine fehlende, chromatische Korrektion eines Objektivs gezielt zur Verbesserung der Schärfentiefe auszunutzen. the approach is known to exploit a missing, chromatic correction of a lens specifically for improving the depth of field. Aufgrund der fehlenden, chromatischen Korrektion ergeben sich für unterschiedliche Farbkanäle unterschiedliche Brennweiten des Objektivs, sodass ein irgendwo innerhalb eines vergleichsweise großen Axialbereichs positioniertes Objekt in irgendeinem Farbkanal scharf abgebildet wird. Due to lack of chromatic correction are obtained for different color channels different focal lengths of the lens, so that a positioned anywhere within a relatively large axial range object is imaged in focus in any color channel. Die entsprechende Farbkanal-Abbildung wird dann als repräsentativ für eine scharfe Abbildung des Gesamtobjektes genutzt. The corresponding color channel image is then used as representative of a sharp image of the whole object. Dieser Ansatz funktioniert nur, wenn der spezielle Farbkanal keine Rolle spielt, da im Vorfeld nicht gesagt werden kann, welcher der in der (zwingend erforderlichen) Weißlicht-Beleuchtung enthaltenen Farbkanäle unter den konkreten Umständen scharf abgebildet wird, während alle anderen Farbkanäle aufgrund der fehlenden chromatischen Korrektion gerade nicht scharf abgebildet werden. This approach works only if the special color channel does not matter because in the run can not be said that the color channels contained in the (absolutely necessary) white light illumination in the particular circumstances will be sharp, while all other color channels chromatic due to the lack correction are mapped just not sharp. Insbesondere ist das Verfahren nicht geeignet, die hinreichend scharfe Abbildung von Prüfobjekten in mehreren Farbkanälen zu gewährleisten. In particular, the method is not suitable to ensure the sufficiently sharp imaging of test objects in a plurality of color channels.
  • Aufgabenstellung task
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Qualitätskontrollverfahren und -vorrichtungen derart weiterzubilden, dass hohe Anforderungen an die Schärfentiefe in unterschiedlichen Farbkanälen mit reduziertem Aufwand im Objektivdesign erreichbar werden. It is the object of the present invention, generic quality control method and apparatus to further develop such a way that high demands on the depth of focus in different color channels are achievable with reduced effort in the lens design.
  • Darlegung der Erfindung Statement of the Invention
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass mit jedem Farbkanalwechsel automatisiert eine Größenänderung der Aperturblendenöffnung erfolgt, wobei die jeweils einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung nach vorgegebenen Regeln in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Ziel-Farbkanal bestimmt wird. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that with each color channel change automatically resizing of the aperture diaphragm, whereby the size set in each case the aperture diaphragm according to predefined rules in dependence is determined from the current target color channel.
  • Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8 dadurch gelöst, dass die Steuereinheit mit einer Aperturblenden-Verstelleinrichtung verbunden und eingerichtet ist, bei jedem Farbkanalwechsel eine jeweils einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung nach vorgegebenen Regeln in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Ziel-Farbkanal zu bestimmen und die Aperturblenden-Verstelleinrichtung anzusteuern, die Aperturblendenöffnung entsprechend einzustellen. The object is also achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 8 characterized in that the control unit is connected to an aperture diaphragm adjusting device and arranged at each color channel changing a size set in each case the aperture diaphragm according to predetermined rules depending on the current target to determine color channel and to control the aperture stops adjusting device to adjust the aperture diaphragm accordingly.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von einem Objektiv übertragbare Grenz-Raumfrequenz vom Quotienten aus numerischer Apertur und Wellenlänge des übertragenden Lichtes abhängt. The invention is based on the recognition that the transferable from a border lens spatial frequency depends on the quotient of numerical aperture and wavelength of the transmitted light. Um für unterschiedliche Farbkanäle die gleiche übertragbare Grenz-Raumfrequenz einzustellen, müsste man bei einem idealen Objektiv die numerische Apertur farbkanalspezifisch ändern und zwar umso größer einstellen, je länger die Wellenlänge des jeweiligen Farbkanals ist. In order to adjust the same transferable limit spatial frequency for different color channels, one would have to change the numerical aperture color channel specific for an ideal lens and that the greater set, the longer the wavelength of the respective color channel. Diese Erkenntnis lässt sich bei einem realen Objektiv dergestalt nutzen, dass eine Aperturblende mit verstellbarer Aperturblendenöffnung verwendet wird und die Größe der Aperturblendenöffnung farbkanalspezifisch eingestellt wird. This knowledge can be used in such a way in a real lens that an aperture diaphragm is used with adjustable aperture diaphragm and the size of the aperture diaphragm is set color channel-specific. Insbesondere wird als grobe Regel die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung umso größer sein, je größer Wellenlänge oder, präziser ausgedrückt, ein spezifischer Wellenlängenwert des Ziel-Farbkanals ist. In particular, the size of the aperture diaphragm to be set is as a rough rule be all the greater, the greater wavelength or more precisely expressed is a specific wavelength value of the target color channel. Dies führt wiederum dazu, dass sich insbesondere für Farbkanäle kurzer Wellenlänge eine aufwendige Korrektion in den Außenbereichen des Objektivs erübrigt. This in turn means that, in particular for color channels short wavelength elaborate correction in the outer regions of the lens is unnecessary. Andererseits kann die für lange Wellenlängen auch in den Außenbereichen des Objektivs erforderliche Korrektion speziell auf diese langen Wellenlängen zugeschnitten werden. On the other hand, the required long wavelength in the outer regions of the lens correction can be tailored to these long wavelengths. Die Gesamtkorrektion des Objektivs lässt sich somit einfacher und präziser im Sinne einer Vermeidung von Wellenlängen-übergreifenden Design-Kompromissen gestalten. The overall correction of the lens can thus be made simpler and more precise in the sense of avoiding wavelength cross design compromises. Dies führt nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern auch zu einer verbesserten Gesamt-Performance, sodass besonders hohe Anforderungen, wie oben erläutert, teilweise aufgrund der Erfindung erstmals erfüllbar werden. This leads first be fulfilled not only in cost savings but also to improved overall performance, so that particularly high requirements as explained above, partially due to the invention.
  • Natürlich ist ein solches Objektiv für allgemeinere Anwendungen, wie beispielsweise allgemeine Fotografie, in der viele Farbkanäle simultan aufgenommen und/oder innerhalb einzelner Farbkanäle aufgrund spezieller Beleuchtungsumstände die unterschiedlichsten Aperturblendeneinstellungen realisierbar sein müssen, nur wenig geeignet. Of course, such a lens for general applications in the simultaneously recorded many color channels and / or the variety of Aperturblendeneinstellungen must be implemented within individual color channels due to special lighting conditions such as general photography, not very suitable. Die Erfindung bezieht sich jedoch speziell auf den erläuterten Qualitätskontroll-Sektor mit seinen speziellen Anforderungen. However, the invention relates specifically to the illustrated quality control sector with its special requirements.
  • Als grobe Regel zur Aperturblendeneinstellung wurde oben bereits erläutert, dass bevorzugt die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung als umso größer bestimmt wird, je größer ein spezifischer Wellenlängenwert des Ziel-Farbkanals ist. As a rough rule aperture diaphragm has already been explained above that preferably the size of the aperture diaphragm to be set is determined to be greater, the greater is a specific wavelength value of the target color channel. Was konkret als spezifischer Wellenlängenwert verwendet wird, kann vom Fachmann in Ansehung der Erfordernisse des Einzelfalls gewählt werden. What is actually used as a specific wavelength value can be selected by the expert in respect of the requirements of the case. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass als spezifischer Wellenlängenwert der Wert der Zentralwellenlänge des Ziel-Farbkanals verwendet wird. For example, in one embodiment of the invention can be provided that is used as a specific wavelength value, the value of the central wavelength of the target color channel. Die Zentralwellenlänge, dh die mittig zwischen den Grenzwellenlängen des Farbkanals liegende Wellenlänge stellt einen besonders einfach ermittelbaren Wert zur Charakterisierung des Farbkanals dar. The center wavelength, ie the wavelength centrally located between the cutoff wavelengths of the color channel is a particularly simple value can be determined to characterize the color channel.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass als spezifischer Wellenlängenwert ein Wellenlängen-Mittelwert des Zielfarbkanals verwendet wird. Alternatively, that a mean wavelength of the target color channel is used as a specific wavelength value can be provided. Der Begriff des Mittelwertes ist dabei weit zu verstehen und umfasst insbesondere auch gewichtete oder anderweitig ermittelte Wellenlängen-Mittelwerte. The term of the average value is to be understood widely and weighted or otherwise determined comprises particular wavelength averages. Ein derartiger Mittelwert ist zwar schwerer zu bestimmen; Such a mean is indeed difficult to determine; charakterisiert den Farbkanal unter Umständen aber präziser, zB wenn eine deutliche Wellenlängen-Ungleichverteilung innerhalb des Farbkanals vorliegt. characterized the color channel under some circumstances a more specific example, if a distinct wavelength unequal distribution within the color channel is present.
  • Günstigerweise ist vorgesehen, dass die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung linear von dem spezifischen Wellenlängenwert des Ziel-Farbkanals abhängt. Conveniently, it is provided that the size of the aperture diaphragm to be set is linearly dependent on the specific wavelength value of the target color channel. Natürlich kann jedoch, je nach den Erfordernissen des Einzelfalls, von dieser groben Regel abgewichen werden. However, of course, can vary depending on the requirements of the case, to deviate from this rough rule. Als Faustregel für eine evtl. zu verfeinernde Grundeinstellung ist diese Faustformel jedoch durchaus tauglich. The rule of thumb for a possible to refining basic setting, however, this rule of thumb is quite capable.
  • Allgemein kann als Vorgabe der Aperturblendeneinstellung angegeben werden, dass die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung idealer Weise jeweils derart bestimmt wird, dass sich für den Ziel-Farbkanal die gleiche Schärfentiefe wie für den Ausgangs-Farbkanal ergibt. Generally, it can be specified as a default of the aperture diaphragm, the size of the aperture diaphragm ideally be set is determined in each case such that the same depth as for the output color channel is obtained for the target color channel. Diese Schärfentiefe kann der geforderten Schärfentiefe (möglichst exakt) entsprechen. This depth may correspond to the required depth (as exactly). Eine geringere Schärfentiefe kommt aufgrund der gestellten Anforderungen des Systems nicht in Frage; A lower depth is out of the question because of the demands made of the system; ist jedoch in einem Farbkanal deutlich höhere Schärfentiefe realisiert, wurde das durch die Erfindung eröffnete Einsparpotenzial im Rahmen des Objektiv-Designs uU nur unvollständig ausgenutzt. but is much higher depth of field realized in a color channel, which opened by the invention savings within the lens design was utilized may be incomplete.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
  • Es zeigen: Show it:
  • 1 1 : Linsenschnitt und Strahlengang eines beispielhaften Objektivs zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, : Lens section and the beam path of an exemplary lens for realizing the method and apparatus of the invention,
  • 2 2 : ein Schärfentiefen-Diagramm des Objektivs von : A depth of field of the lens of Chart 1 1 im Weiß-Kanal, White Channel,
  • 3 3 : ein Schärfentiefen-Diagramm des Objektivs von : A depth of field of the lens of Chart 1 1 im Rot-Kanal, in the red channel,
  • 4 4 : ein Schärfentiefen-Diagramm des Objektivs von : A depth of field of the lens of Chart 1 1 im Grün-Kanal, in the green channel,
  • 5 5 : ein Schärfentiefen-Diagramm des Objektivs von : A depth of field of the lens of Chart 1 1 im Blau-Kanal. in the blue channel.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Description of Preferred Embodiments
  • 1 1 zeigt ein als einfaches Doppel-Gauß-Objektiv ausgebildetes Objektiv is designed as a basic double Gauss lens Lens 10 10 , umfassend eine objektseitige Linsengruppe Comprising an object-side lens group 101 101 und eine spiegelsymmetrisch aufgebaute und angeordnete, bildseitige Linsengruppe and a mirror-symmetrically constructed and arranged image-side lens group 102 102 . , Mittig zwischen den Linsengruppen Centrally between the lens groups 101 101 , . 102 102 ist eine Aperturblende is an aperture 103 103 angeordnet, welche, wie durch den Verstellpfeil arranged, which, as indicated by the Verstellpfeil 104 104 angedeutet, automatisiert verstellbar ist. indicated, automated adjustment is. Das Objektiv The objective 10 10 ist geeignet, ein Objekt is suitable, an object 20 20 im Maßstab β'= –1 auf einen Bildsensor β scale '= -1 to an image sensor 30 30 abzubilden. map.
  • In In 1 1 nicht dargestellt sind Mittel zur Änderung des Farbkanals, die jedoch dem Fachmann in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt sind. not shown are means for changing the color channel, however, are known to the skilled man in various embodiments. Beispielsweise kann durch Filterung des das Objekt For example, by filtering of the object 20 20 beleuchtenden Lichtes oder durch Filterung des vom Objekt illuminating light from the object, or by filtering the 20 20 auf den Bildsensor on the image sensor 30 30 fallenden Lichtes ein Farbkanal definiert und entsprechend verändert werden. light falling define an ink channel and changes accordingly. In letzterem Fall ist es möglich, den Filter bildseitig oder objektseitig außerhalb des Objektivs In the latter case, it is possible to filter the image side or object side outside the objective 10 10 oder aber auch innerhalb des Objektivs or also inside the lens 10 10 , beispielsweise in gleicher oder nah benachbarter Position zur Aperturblende , For example in the same or closely adjacent position to the aperture stop 103 103 , anzuordnen. To arrange. Auch eine im Bildsensor Also, in the image sensor 30 30 integrierte Filterung zur Definition bzw. zum Wechsel des Farbkanals ist denkbar. integrated filtering to define or to change the color channel is conceivable. Alternativ zur Filterung kann auch spektral engkanaliges Licht, beispielsweise mittels einer LED-Anordnung, erzeugt und zur Beleuchtung des Objektes Alternatively, filtering can also be spectrally engkanaliges light, for example by means of an LED array, generated and for illuminating the object 10 10 verwendet werden. be used.
  • Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung ausführlich diskutiert, ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass die Öffnungsgröße der Aperturblende As discussed in detail in the general part of the description, it is an essential feature of the invention is that the aperture size of the aperture 103 103 automatisiert mit dem Wechsel des Farbkanals verändert wird. automatically with the change of the color channel is changed. Um eine vorgegebene Schärfentiefen-Bedingung in allen Farbkanälen zu erfüllen, müsste ein Objektiv mit fester Aperturöffnungsgröße extrem hoch korrigiert sein, soweit die Anforderungen über die geforderten Farbkanäle überhaupt erfüllbar sind. In order to satisfy a predetermined depth of field condition in all color channels, would have a lens with a fixed Aperturöffnungsgröße be extremely high corrected, as far as the requirements are fulfilled at all beyond the required color channels. Durch die erfindungsgemäße, farbkanalspezifische Anpassung der Aperturblendengröße lassen sich hingegen hohe Schärfentiefen-Anforderungen auch mit einem vergleichsweise einfach konstruierten Objektiv, wie etwa einem Objektiv The inventive, color channel-specific adaptation of Aperturblendengröße contrast, high sharpness depth requirements can be even with a comparatively simply constructed lens, such as a lens 10 10 gemäß according to 1 1 , erfüllen. , fulfill.
  • Die The 2 2 bis to 5 5 zeigen beispielhaft Schärfentiefendiagramme des Objektivs show examples of depth of focus charts of the lens 10 10 von from 1 1 in unterschiedlichen Farbkanälen mit jeweils angepasster Größe der Aperturblendenöffnung. in different color channels, each adapted size of the aperture diaphragm. Die Diagramme sind wie folgt zu verstehen: auf der Ordinate ist jeweils die Modulationstransferfunktion (MTF) aufgetragen, die den Quotienten aus Bildkontrast zu Objektkontrast für eine gegebene Raumfrequenz, beispielsweise gegeben als bestimmte Anzahl Linienpaare pro Zentimeter, wiedergibt. The diagrams are understood to be as follows: on the ordinate the Modulation Transfer Function (MTF) is plotted which represents the quotient of the image contrast of object contrast for a given spatial frequency, for example, given as a certain number of pairs of lines per centimeter. Die MTF kann in Prozent oder, wie hier, als normierte Funktion zwischen dem Maximalwert 1 (gleicher Kontrast bei Bild und Objekt) und dem Minimalwert 0 (vollständiger Kontrastverlust im Bild) angegeben werden. The MTF can be in percentage or,, 0 (complete loss of contrast in the image) can be specified herein as normalized function between the maximum value 1 (same contrast in image and object) and the minimum value. Auf der Abszisse der Diagramme ist die Defokussierung D in Millimeter angegeben, beispielsweise realisiert durch eine Variation des Abstandes des Bildsensors On the abscissa of the diagrams defocus D is expressed in millimeters, for example, realized by a variation of the distance of the image sensor 30 30 vom Objektiv the lens 10 10 , wobei „0,0“ die für eine scharfe Abbildung optimale Position repräsentiert. Wherein represents the optimum for a sharp image position "0.0". Die Kurven zeigen das Verhalten der MTF in Abhängigkeit von der Defokussierung D an ausgewählten, über die Sensorfläche verteilten Messpositionen. The curves show the behavior of the MTF as a function of defocus D at selected points distributed over the sensor area measurement positions. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Diagrammen jeweils Kurven von nur 4 Messpunkten dargestellt. For clarity in the diagrams, respectively curves of only 4 measuring points are shown. Typischerweise werden deutlich mehr Messpunkte verwendet, wobei für jeden Messpunkt meist noch zwischen den Kontrasten in Sagittal- und Meridionalebene unterschieden wird. Typically significantly more measurement points are used, which usually still distinguished for each measurement point between the contrasts in sagittal and meridional.
  • Sei, wie beim gezeigten Beispiel, die Vorgabe, dass über eine Defokussierungstrecke von mindestens 100 Mikrometer eine MTF für eine gegebene Raumfrequenz von wenigstens 0,4 über die gesamte Sensorfläche erreicht werden soll, müssen die Kurven für sämtliche Messpunkte in einem Defokussierungsbereich von mindestens 100 Mikrometern über der gestrichelt eingezeichneten Grenze von MTF = 0,4 liegen. Is, as in the example shown, the requirement that a Defokussierungstrecke of at least 100 micrometers an MTF for any given spatial frequency of at least 0.4 to be achieved over the entire sensor area, the curves for all measurement points in a defocus range of at least 100 micrometers must above the dashed lines limit of MTF = 0.4. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht, indem im Weißkanal ( In the illustrated embodiment, this is accomplished (by white in the channel 2 2 ) die Aperturblende so eingestellt wird, dass eine nummerische Apertur (NA) von 0,04 erreicht wird. ) The aperture stop is set so that a numerical aperture (NA) of 0.04 is achieved. Es ergibt sich ein Defokussierungsbereich von 120 Mikrometer, in dem die MTF für alle Messpunkte oberhalb des Grenzwertes von 0,4 liegt. The result is a defocus range of 120 micrometers, in which the MTF is for all measuring points above the limit of 0.4. Im Rotkanal ( (In the red channel 3 3 ) muss die Aperturblendenöffnung hingegen vergrößert werden, bis sich eine numerische Apertur von NA = 0,048 einstellt, damit ein Defokussierungsbereich von 101 Mikrometer erreicht wird, in welchem die MTF für alle Messpunkte oberhalb des Grenzwertes von 0,4 liegt. ) Must be increased to a numerical aperture of NA = 0.048 is set, so that a defocus range of 101 micrometers is reached, in which the MTF is for all measuring points above the limit value of 0.4, the aperture diaphragm on the other hand. Eine kleinere Einstellung der Aperturblendenöffnung würde aufgrund von Beugungseffekten zu einer Kontrastverschlechterung führen. A smaller setting of the aperture diaphragm would because of diffraction effects lead to a deterioration in contrast.
  • Im Grünkanal ( (In the green channel 4 4 ) kann dieselbe Aperturblendeneinstellung wie im Weißkanal verwendet werden. ) Has the same aperture diaphragm in the White channel can be used. Allerdings ergibt sich hier aufgrund des engeren Farbkanals eine größere Schärfentiefe von 149 Mikrometern. However, a greater depth of 149 microns results here, due to the narrow color channel. Auch hier würde eine Verkleinerung der Aperturblendenöffnung aufgrund von Beugungseffekten zu einer Kontrastverschlechterung führen. Again, a reduction of the aperture diaphragm would because of diffraction effects lead to a deterioration in contrast. Eine Vergrößerung der NA würde aufgrund fehlender Korrektion des Objektivs Increasing the NA would due to lack of correction of the lens 10 10 zu einer Kontrastverschlechterung führen. lead to a deterioration in contrast.
  • Im Blaukanal ( (In the blue channel 5 5 ) schließlich ist eine nummerische Apertur von 0,034 optimal und führt zu einer Schärfentiefe von 176 Mikrometern. ) Finally is a numerical aperture of 0.034 optimal and results in a depth of 176 microns.
  • Die Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee in ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Qualitätskontrolle bzw. in eine erfindungsgemäße Qualitätskontrollvorrichtung ist für den Fachmann leicht vorzunehmen. The implementation of the idea according to the invention in an inventive method for quality control or in an inventive quality control apparatus is easy to make to the skilled artisan. Insbesondere hat er bei einem gegebenen Objektiv lediglich durch Messung der MTF auf unterschiedlichen Messpunkten des Bildsensor festzustellen, welche nummerische Apertur bzw. Apterturblendenöffnungs-Einstellung für einen gegebenen Farbkanal die optimale Schärfentiefe ergibt. In particular, it has to determine for a given lens only by measuring the MTF at different measuring points of the image sensor, which numerical aperture or Apterturblendenöffnungs setting for a given color channel yields the optimum depth of field. Die ermittelten Werte sind dann in einer Steuereinheit, die zur Ansteuerung von Farbkanalwechseln eingerichtet ist, zu hinterlegen und die Steuereinheit ist mit einer Aperturblenden-Verstelleinrichtung derart zu koppeln, dass mit jedem Farbkanalwechsel eine Aperturblenden-Verstellung auf den entsprechenden, hinterlegten Öffnungswert erfolgt. The values ​​obtained are then in a control unit which is adapted to control color channel changes to deposit and the control unit to be coupled to an aperture diaphragm adjusting device such that occurs with each color channel change an aperture stops adjustment to the corresponding, stored aperture value. Für den Optik-Designer, der Objektive für derartige Verfahren und Vorrichtungen zu entwerfen hat, bedeutet dies, dass er es im Vergleich zu über den gesamten Spektralbereich korrigierten Objektiven bei einer deutlich einfacheren Korrektion belassen kann und den konkreten Schärfentiefenanforderungen ebenso gut oder gar besser gerecht wird. For the optical designer who has to design lenses for such methods and devices, it means that he can leave it compared to corrected over the entire spectral lenses at a significantly simpler correction and the actual depth of requirements as well as or even better serve ,
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Of course, those discussed in the specific description and shown in the figures embodiments are merely illustrative embodiments of the present invention. The skilled worker is given a wide range of possible variations to the hand in the light of the disclosure herein.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 10 10
    Objektiv lens
    101 101
    erste Linsengruppe von first lens group of 10 10
    102 102
    zweite Linsengruppe von second lens group of 10 10
    103 103
    Aperturblende von aperture of 10 10
    104 104
    Verstellpfeil Verstellpfeil
    20 20
    Objekt object
    30 30
    Bildsensor image sensor
    MTF MTF
    Modulationstransferfunktion Modulation Transfer Function
    D D
    Defokussierung defocusing
    NA N / A
    Nummerische Appertur numerical aperture
    W W
    Weißkanal White channel
    R R
    Rotkanal red channel
    G G
    Grünkanal green channel
    B B
    Blaukanal blue channel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • EP 1791075 B1 [0006] EP 1791075 B1 [0006]
    • WO 2006/103663 A1 [0007] WO 2006/103663 A1 [0007]

Claims (8)

  1. Verfahren zur optischen Qualitätskontrolle durch Aufnehmen, mittels eines Objektivs ( A method for optical quality control by receiving, (by means of a lens 10 10 ), umfassend eine Linsenanordnung ( ) Comprising a lens assembly ( 101 101 , . 102 102 ) und eine Aperturblende ( ) And an aperture stop ( 103 103 ) mit einer Aperturblendenöffnung, von auf einen Bildsensor ( ) Having an aperture diaphragm, of (on an image sensor 30 30 ) abgebildeten Prüfobjekten ( ) Test objects imaged ( 20 20 ) und Vergleichen der Aufnahmen und/oder daraus abgeleiteter Werte mit hinterlegten Referenzdaten, wobei zwischen einzelnen Aufnahmen ein Farbkanalwechsel von einem Ausgangs-Farbkanal, bei dem die unmittelbar vorangegangene Aufnahme erfolgte, zu einem Ziel-Farbkanal, bei dem die unmittelbar folgende Aufnahme erfolgen soll, durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem Farbkanalwechsel automatisiert eine Größenänderung der Aperturblendenöffnung erfolgt, wobei die jeweils einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung nach vorgegebenen Regeln in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Ziel-Farbkanal bestimmt wird. ) And comparing the images and / or any derivative values ​​with stored reference data, between shots, a color channel change from a starting color channel, has to undergo the immediately previous recording, to a target color channel, in which the immediately following recording is to take place, is carried out, characterized in that with each color channel change automatically resizing of the aperture diaphragm, whereby the size of each of the aperture diaphragm to be set according to predefined rules in dependence is determined from the current target color channel.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung als umso größer bestimmt wird, je größer ein spezifischer Wellenlängenwert des Ziel-Farbkanals ist. A method according to claim 1, characterized in that the size of the aperture diaphragm to be set is determined to be the greater, the greater is a specific wavelength value of the target color channel.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als spezifischer Wellenlängenwert der Wert der Zentralwellenlänge des Ziel-Farbkanals verwendet wird. A method according to claim 2, characterized in that is used as a specific wavelength value, the value of the central wavelength of the target color channel.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als spezifischer Wellenlängenwert ein Wellenlängen-Mittelwert des Ziel-Farbkanals verwendet wird. A method according to claim 2, characterized in that a wavelength-average value of the target color channel is used as a specific wavelength value.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängen-Mittelwert ein gewichteter Wellenlängen-Mittelwert ist. A method according to claim 4, characterized in that the wavelength-average is a weighted average wavelength.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung linear von dem spezifischen Wellenlängenwert des Ziel-Farbkanals abhängt. A method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the size of the aperture diaphragm to be set is linearly dependent on the specific wavelength value of the target color channel.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung jeweils derart bestimmt wird, dass sich für den Ziel-Farbkanal die gleiche Schärfentiefe wie für den Ausgangs-Farbkanal ergibt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the aperture diaphragm to be set is determined in each case such that the same depth as for the output color channel is obtained for the target color channel.
  8. Qualitätskontrollvorrichtung, umfassend – eine Fördervorrichtung zur Förderung von Prüfobjekten ( Quality control device, comprising: - a conveying device for conveying test objects ( 20 20 ) in einen Kontrollbereich, – eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Objektiv ( ) Into a control area, - an imaging device (with an objective 10 10 ) und einem Bildsensor ( ) And an image sensor ( 36 36 ) zum Aufnehmen der jeweils im Kontrollbereich positionierten und mittels des Objektivs ( ) Of the positioned for receiving in each case in the control region, and (by means of the lens 10 10 ), umfassend eine Linsenanordnung ( ) Comprising a lens assembly ( 101 101 , . 102 102 ) und eine Aperturblende ( ) And an aperture stop ( 103 103 ) mit einer Aperturblendenöffnung, auf den Bildsensor ( ) (Having an aperture diaphragm on the image sensor 30 30 ) abgebildeten Prüfobjekte ( ) Test objects imaged ( 20 20 ), – eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der Aufnahmen der Prüfobjekte und/oder daraus abgeleiteter Werte mit hinterlegten Referenzdaten, sowie – eine Steuereinheit zur Ansteuerung von Farbkanalwechseln zwischen einzelnen Aufnahmen, jeweils von einem Ausgangs-Farbkanal, bei dem die jeweils unmittelbar vorangegangene Aufnahme erfolgte, zu einem Ziel-Farbkanal, bei dem die jeweils unmittelbar folgende Aufnahme erfolgen soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einer Aperturblenden-Verstelleinrichtung verbunden und eingerichtet ist, bei jedem Farbkanalwechsel eine jeweils einzustellende Größe der Aperturblendenöffnung nach vorgegebenen Regeln in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Ziel-Farbkanal zu bestimmen und die Aperturblenden-Verstelleinrichtung anzusteuern, die Aperturblendenöffnung entsprechend einzustellen. ), - an evaluation unit for comparing the images of the test objects and / or any derivative values ​​with stored reference data, and - a control unit for controlling color channel change between shots, each of an output color channel, in which was the immediately previous recording to a target color channel, in which the immediately following each recording is to take place, characterized in that the control unit with an aperture diaphragm adjusting device is connected and arranged at each color channel changing a size set in each case the aperture diaphragm according to predetermined rules depending on the current target -Farbkanal to determine and to control the aperture stops adjusting device to adjust the aperture diaphragm accordingly.
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