DE102022204539A1

DE102022204539A1 - Procedure for adjusting a camera

Info

Publication number: DE102022204539A1
Application number: DE102022204539.4A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Ledermann
Original assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Current assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Verfahren zum Justieren einer Kamera (4), die einen Sensor (2) und ein Objektiv (3) aufweist, unter Verwendung eines Kollimators (5) mit einem Reticle (6), das ein zentrales Zielkreuz (7) und vier an Ecken angeordnete Zielkreuze (7) aufweist, wobei- eine Lichtquelle des Kollimators die Zielkreuze (7) beleuchtet,- der Sensor (2) ein von den Zielkreuzen (7) erzeugtes Bild über ein Objektiv (4) aufnimmt;- der Sensor (2) relativ zum Objektiv (3) hin- und/oder wegverschoben und verkippt wird, wobei ein Rechner dabei einen IST-/SOLL-Abgleich vornimmt und eine MTF-Kurve errechnet, wobei in Iterationen die Optima (11) der MTF-Kurven der Zielkreuze (7) in den Ecken für das Objektiv (3) ermittelt wird, wobei die Verkippung des Objektivs (3) mindestens an einem geplanten finalen Punkt (15) der endgültigen Fixierung eingestellt wird und die Position des Objektivs mit einem Offset (O) bezüglich der Optima (11) festgelegt wird.Method for adjusting a camera (4), which has a sensor (2) and a lens (3), using a collimator (5) with a reticle (6), which has a central crosshair (7) and four crosshairs arranged at corners (7), wherein - a light source of the collimator illuminates the crosshairs (7), - the sensor (2) records an image generated by the crosshairs (7) via a lens (4); - the sensor (2) relative to the lens (3) is shifted back and forth and tilted, with a computer making an ACTUAL/TARGET comparison and calculating an MTF curve, with the optima (11) of the MTF curves of the crosshairs (7) in iterations being the corners for the lens (3) is determined, with the tilting of the lens (3) being set at least at a planned final point (15) of the final fixation and the position of the lens with an offset (O) with respect to the optima (11) is determined.

Description

Verfahren zum Justieren einer KameraProcedure for adjusting a camera

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Kamera, die einen Sensor und ein Objektiv aufweist, unter Verwendung eines Kollimators mit einem Reticle, wobei eine Lichtquelle des Kollimators die Zielkreuze des Reticle beleuchtet, der Sensor ein von den Zielkreuzen erzeugtes Bild über ein Objektiv aufnimmt; der Sensor relativ zum Objektiv hin- und/oder wegverschoben und verkippt wird, wobei ein Rechner dabei einen IST-/SOLL-Abgleich vornimmt und eine MTF-Kurve errechnet.The invention relates to a method for adjusting a camera, which has a sensor and a lens, using a collimator with a reticle, a light source of the collimator illuminating the crosshairs of the reticle, the sensor recording an image generated by the crosshairs via a lens; the sensor is shifted towards and/or away from the lens and tilted, with a computer carrying out an ACTUAL/TARGET comparison and calculating an MTF curve.

Stand der TechnikState of the art

Zu Justage einer Kamera werden Kollimatoren eingesetzt. Kollimatoren sind bereits in vielfältiger Form und Ausgestaltung bekannt und gebräuchlich. So wird beispielsweise in der DE 10 2007 003 681 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse einer optischen Einrichtung offenbart. Dabei erzeugt eine Beleuchtungseinrichtung einen Prüfstrahl, welcher von einer optischen Einrichtung und einer ortsauflösenden Sensoreinrichtung detektiert wird, wobei sie in einer Referenzposition zueinander angeordnet werden.Collimators are used to adjust a camera. Collimators are already known and used in a variety of forms and configurations. For example, in the DE 10 2007 003 681 A1 discloses a method and apparatus for analyzing an optical device. In this case, an illumination device generates a test beam, which is detected by an optical device and a spatially resolving sensor device, with them being arranged in a reference position relative to one another.

Weiter wird auf die DE 10 2004 056 723 A1 hingewiesen, welche eine Vorrichtung zur geometrischen Kalibrierung eines orthoelektronischen Sensorsystems offenbart, welche insbesondere für digitale Kameras zum Einsatz kommen soll. Dabei werden die Signale der fotosensitiven Sensoren in einer Auswerte- und Steuereinheit erfasst.Next will be on the DE 10 2004 056 723 A1 pointed out, which discloses a device for the geometric calibration of an orthoelectronic sensor system, which is to be used in particular for digital cameras. The signals from the photosensitive sensors are recorded in an evaluation and control unit.

Kollimatoren werden eingesetzt, um die Qualität von Kameras, zusammengesetzt aus einem lichtempfindlichen Sensorelement und einer bildgebenden Optik, zu bestimmen, wie in der DE 10 2019 105 622 B4 beschrieben. Insbesondere können Kollimatoren dazu verwendet werden, um die Bauteile bildgebende Optik und lichtempfindliches Sensorelement während deren Zusammenbau zur Kamera zueinander geometrisch auszurichten. Nach dem Ausrichten werden die Bauelemente der Kamera fixiert, beispielsweise durch Verkleben mit durch ultraviolettes Licht aushärtbare Klebestoffe.Collimators are used to determine the quality of cameras, composed of a light-sensitive sensor element and imaging optics, as in the DE 10 2019 105 622 B4 described. In particular, collimators can be used to geometrically align the components imaging optics and light-sensitive sensor element to one another while they are being assembled to form the camera. After alignment, the components of the camera are fixed, for example by gluing with adhesives that can be cured by ultraviolet light.

Eine hervorstehende Eigenschaft von Kollimatoren ist, dass ein örtlich begrenztes mustertragendes Element lokalisiert in der Objektebene des Kollimators, Reticle genannt, für die Kamera in einer bestimmten einstellbaren Entfernung erscheint.A salient feature of collimators is that a localized pattern-bearing element localized in the collimator's object plane, called the reticle, appears to the camera at a certain adjustable distance.

Ein Kollimator besteht aus einer Beleuchtungseinheit, welche ein mustertragendes optisches Element, ein sogenanntes Reticle beleuchtet. Die von diesem Reticle emittierten Lichtstrahlen werden dann durch eine Optik, oft als Linsensystem ausgeführt, in den Arbeitsabstand des Kollimators abgebildet. Dabei kann der Arbeitsabstand des Kollimators durch die Verschiebung der Optik oder des Linsensystems zum Reticle eingestellt werden. Als Beispiel werden in der Einstellung des Arbeitsabstands auf Unendlich von jedem Objektpunkt auf den Reticle am Ausgang des Kollimators parallele Strahlbündel erzeugt. Wäre das Reticle als Pinhole ausgeführt, so erhielte man am Kollimatorausgang ein paralleles Strahlbündel - einen kollimierten Lichtstrahl, der sich entlang der optischen Achse des Kollimators ausbreitet. Unter der Voraussetzung einer diffusen Beleuchtung des Reticles ist der Durchmesser dieses kollimierten Lichtstrahls durch die Apertur der Linse oder des Linsensystems begrenzt. Der Arbeitsabstand des Kollimators ist im Bezug zum Arbeitsabstand der damit zu prüfenden Kamera negiert. Der Arbeitsabstand einer Kamera ist positiv für Objekte, die sich in einer Entfernung vor der Kamera befinden, beispielsweise bildet eine Kamera mit Arbeitsabstand 1 m Objekte in eben diesem Abstand mit dem besten Kontrast ab. Der hierfür verwendete Kollimator besitzt den Arbeitsabstand von -1 m. Für ein beliebiges Muster des Reticles wird für jeden lichtemittierenden Punkt ein ebensolcher kollimierter Lichtstrahl am Kollimatorausgang erzeugt, nur unter einem zur optischen Achse des Kollimators geneigten Richtung, die durch die Position des Punktes auf dem Reticle und der Brennweite der Linse oder des Linsensystems bestimmt ist. Es gilt für die Richtung des Lichtstrahls tan(alpha) = x/f und tan(beta) = y/f mit f der Brennweite der Optik oder der Gesamtbrennweite des Linsensystems, x der Distanz des Punktes von der optischen Achse in x-Richtung und y der Distanz des Punktes von der optischen Achse in y-Richtung. X- und y-Richtung bilden dabei mit der optischen Achse ein orthogonales Koordinatensystem. Vorausgesetzt wird hierbei zur Vereinfachung der Beschreibung, dass die Oberfläche des Reticles senkrecht zur optischen Achse steht. Für ein ausgedehntes Reticle wird vom Ausgang des Kollimators an das Licht divergieren, die Abmessung des Lichtbündels mit steigender Entfernung zunehmen.A collimator consists of an illumination unit that illuminates a pattern-carrying optical element, a so-called reticle. The light beams emitted by this reticle are then imaged into the working distance of the collimator by optics, often designed as a lens system. The working distance of the collimator can be adjusted by shifting the optics or the lens system to the reticle. As an example, when the working distance is set to infinity, parallel beams of rays are generated from each object point on the reticle at the exit of the collimator. If the reticle were designed as a pinhole, a parallel bundle of rays would be obtained at the collimator exit - a collimated light beam which propagates along the optical axis of the collimator. Assuming diffuse illumination of the reticle, the diameter of this collimated light beam is limited by the aperture of the lens or lens system. The working distance of the collimator is negated in relation to the working distance of the camera to be checked with it. The working distance of a camera is positive for objects that are at a distance in front of the camera, e.g. a camera with a working distance of 1 m images objects at this distance with the best contrast. The collimator used for this has a working distance of -1 m. For any pattern of the reticle, a collimated light beam of the same kind is generated at the collimator output for each light-emitting point, only in a direction inclined to the optical axis of the collimator, which is determined by the position of the point on the Reticle and the focal length of the lens or lens system is determined. It applies to the direction of the light beam tan(alpha) = x/f and tan(beta) = y/f with f the focal length of the optics or the total focal length of the lens system, x the distance of the point from the optical axis in the x-direction and y the distance of the point from the optical axis in the y-direction. The x and y directions form an orthogonal coordinate system with the optical axis. To simplify the description, it is assumed here that the surface of the reticle is perpendicular to the optical axis. For an extended reticle, from the exit of the collimator the light will diverge, the size of the light beam increasing with increasing distance.

Eine vor einem Kollimator auf dessen optischer Achse platzierte Kamera bildet das Reticle ab. Dabei entspricht der von der Kamera gesehene Abstand zum Reticle dem eingestellten Arbeitsabstand des Kollimators. Eine scharfe Abbildung erhält man, wenn die Arbeitsabstände des Kollimators und der Kamera oder auch deren Fokuseinstellung übereinstimmen. Dies ist unabhängig vom Abstand zwischen Kollimator und Kamera. Es ist aber zu beobachten, dass die Bildgröße der Reticles auf der Kamera mit steigender Kollimator- zu- Kamera- Distanz abnimmt. Dies ist durch den vorher angeführten Effekt zu erklären, dass Lichtstrahlen von Bereichen des Reticles mit einem Abstand zur optischen Achse sich unter einen Winkel zur optischen Achse ausbreiten und dadurch ab einer gewissen Entfernung nicht mehr die Kameraeintrittspupille treffen.A camera placed in front of a collimator on its optical axis images the reticle. The distance to the reticle seen by the camera corresponds to the set working distance of the collimator. A sharp image is obtained if the working distances of the collimator and the camera or their focus setting match. This is independent of the distance between the collimator and the camera. However, it can be observed that the image size of the reticles on the camera decreases as the collimator-to-camera distance increases. This can be explained by the previously mentioned effect that light rays from areas of the reticle at a distance from the optical axis propagate at an angle to the optical axis and therefore no longer hit the camera entrance pupil from a certain distance.

Im Stand der Technik wird angeführt, dass Kollimatoren eine Brennweite von f = 100 mm oder größer besitzen. Ebenfalls ist eine möglichst große Austrittsapertur des Kollimators gewünscht, also einen möglichst großen Durchmesser. Werte für den Durchmesser im Bereich 30 mm sind üblich. Diese können ohne Einschränkung nach oben und unten abweichen.The prior art states that collimators have a focal length of f=100 mm or greater. The largest possible exit aperture of the collimator is also desired, ie the largest possible diameter. Values for the diameter in the range of 30 mm are usual. These can deviate upwards and downwards without restriction.

Um Abbildungen an mehreren Stellen im Bild einer Kamera zu erhalten, werden Kollimatoren zu Gruppen angeordnet, wobei meistens ein Kollimator auf der optischen Achse vor der Kamera platziert ist und weitere Kollimatoren unter verschieden Winkeln in Azimuth und Elevation meistens gleichmäßig auf das Bildfeld der Kamera verteilt sind.In order to obtain images at several points in the image of a camera, collimators are arranged in groups, with one collimator usually being placed on the optical axis in front of the camera and other collimators at different angles in azimuth and elevation usually being evenly distributed over the camera's field of view .

Im Einsatz einer Kollimatorgruppe zur Justage einer Kamera wird dann das Kameraobjektiv zum Bildsensor so justiert, dass möglichst alle Abbildungen der verschiedenen Kollimatoren auf vorher berechneten Positionen in Bild scharf abgebildet sind. Häufig wird dazu eine Anordnung von fünf Kollimatoren in einer Gruppe verwendet, wobei ein Kollimator auf der optischen Achse der Kamera und vier Kollimatoren auf den Bilddiagonalen unter etwa 70 Prozent des Öffnungswinkels der Kamera angeordnet sind.When a collimator group is used to adjust a camera, the camera lens is then adjusted to the image sensor in such a way that as many images as possible from the various collimators are sharply imaged at previously calculated positions in the image. An arrangement of five collimators in a group is often used for this purpose, with one collimator being arranged on the optical axis of the camera and four collimators on the image diagonals at about 70 percent of the opening angle of the camera.

Ein besonderes Einsatzgebiet ist die Kameramontage in Hinsicht auf die Justage des Objektivs zum Bildsensor und deren permanente Fixierung in automatisierten Produktionslinien in der Massenproduktion beispielsweise im automotive Bereich. Bedingt durch die hohen Stückzahlen und den Kostendruck in der Produktion ergeben sich hier besondere Anforderungen für den Kameramontageprozess.A special area of application is the camera assembly with regard to the adjustment of the lens to the image sensor and its permanent fixation in automated production lines in mass production, for example in the automotive sector. Due to the high quantities and the cost pressure in production, there are special requirements for the camera assembly process.

Hilfreich für die Justage ist die Bestimmung der MTF, wie in 1 schematisch gezeigt. MTF bedeutet dabei Modulation Transfer Function. Die MTF eines Objektivs ist ein Maß für die Fähigkeit des Objektivs, Kontrast bei einer bestimmten Auflösung vom Objekt auf das Bild zu übertragen. Mit anderen Worten: die MTF ist eine Möglichkeit, Auflösung und Kontrast in einer einzigen Spezifikation anzugeben. Das Optimum 10 zeigt die maximale Schärfe an, währen entlang der beiden absteigenden Seiten das Bild unscharf wird.Determining the MTF is helpful for the adjustment, as in 1 shown schematically. MTF means Modulation Transfer Function. The MTF of a lens is a measure of the lens' ability to transfer contrast from the object to the image at a given resolution. In other words, the MTF is a way of specifying resolution and contrast in a single specification. The Optimum 10 indicates maximum sharpness, while along the two descending sides the image becomes blurred.

In der Kamera-Justage werden MTF Kurven in sechs Freiheitsgraden schrittweise abgefahren. Diese Freiheitsgrade sind der Fokusabstand z und die beiden Kippwinkel der Sensoroberfläche, für welche eine Abhängigkeit der MTF Werte besteht. Die weiteren Freiheitsgrade, die lateralen Verschiebungen x und y und die Rotation um die optische Achse, besitzen dagegen in erster Näherung keinen Einfluss auf die gemessenen MTF Werte, bestimmen aber die Zentrierung und Rotation des Bildsensors zur Geometrie eines Referenzachsensystems, bestimmt durch die Kollimatoranordnung. Für jeden Schritt wird ein Bild aufgenommen und analysiert. So ergibt sich eine Funktion der gemessenen MTF-Werte des jeweiligen Parameters z und den beiden Kippwinkeln, wie in der 1 dargestellt. Die Idealposition ist bestimmt durch die Positionen der Maxima, des Optimums 10, der jeweiligen Kurven. Der Justageprozess nach Stand der Technik ist dadurch sehr zeitaufwendig.In the camera adjustment, MTF curves are followed step by step in six degrees of freedom. These degrees of freedom are the focus distance z and the two tilt angles of the sensor surface, for which the MTF values are dependent. On the other hand, the other degrees of freedom, the lateral displacements x and y and the rotation around the optical axis, have no influence on the measured MTF values at first approximation, but determine the centering and rotation of the image sensor to the geometry of a reference axis system, determined by the collimator arrangement. An image is recorded and analyzed for each step. This results in a function of the measured MTF values of the respective parameter z and the two tilt angles, as shown in FIG 1 shown. The ideal position is determined by the positions of the maxima, the optimum 10, of the respective curves. The adjustment process according to the prior art is therefore very time-consuming.

Aus der WO 2020/178 366 A1 ist bekannt, die Objektebene des Kollimators, auf der sich das Reticle befindet, gegenüber der optischen Achse um einen von 90 Grad abweichenden Winkel zu neigen in Verbindung mit einer kurzen Brennweite der Kollimationsoptik, wobei diese Brennweite ähnlich der Brennweite des Objektivs der zu untersuchenden Kamera ist. Insbesondere für kleine Brennweiten von etwa 1 mm bis 10 mm, wie sie häufig für Kameras im Automotiv-Bereich verwendet werden, ist eine solche Ausführung nicht durch den Stand der Technik möglich. Als Reticle wird beispielsweise ein Fadenkreuz verwendet, bei dem eine Linie entlang der Kippachse der Objektebene und die zweite Linie senkrecht dazu angeordnet sind. Für den letzteren Fall ergibt sich eine Variation des Arbeitsabstands des Kollimators entlang der Richtung senkrecht zur Kippachse der Objektebene.From the WO 2020/178 366 A1 is known to tilt the object plane of the collimator, on which the reticle is located, relative to the optical axis by an angle deviating from 90 degrees in connection with a short focal length of the collimation optics, this focal length being similar to the focal length of the lens of the camera to be examined . In particular for small focal lengths of about 1 mm to 10 mm, as are often used for cameras in the automotive field, such a design is not possible with the prior art. A crosshair is used as a reticle, for example, in which one line is arranged along the tilting axis of the object plane and the second line is arranged perpendicularly thereto. In the latter case, there is a variation in the working distance of the collimator along the direction perpendicular to the tilting axis of the object plane.

Für die vor dem Kollimator platzierte Kamera ist die resultierende Abbildung nur in dem Bildbereich scharf, in dem der effektive Arbeitsabstand des Kollimators mit dem Arbeitsabstand der Kamera übereinstimmen. In diesem Beispiel ist das für eine Linie von Pixeln auf dem Kamerabild zutreffend, welche die Orientierung parallel zur Kippachse des Kollimators besitzt und für welche die Arbeitsabstände des Kollimators und der Kamera übereinstimmen. Diese Linie kann sich an einer beliebigen Position innerhalb oder auch außerhalb des Kamerabildes befinden.For the camera placed in front of the collimator, the resulting image is sharp only in the image area where the effective working distance of the collimator matches the working distance of the camera. In this example, this is true for a line of pixels on the camera image that has the orientation parallel to the tilt axis of the collimator and for which the working distances of the collimator and the camera match. This line can be anywhere inside or outside the camera image.

Bereiche, die sich neben dieser Linie der schärfsten Abbildung befinden, werden im Kamerabild unscharf abgebildet. Als direkte Folge dieses Verhaltens wird die geneigte Linie des Fadenkreuzes eine dünnste Stelle besitzen, bei der die Arbeitsabstände des Kollimators und der Kamera übereinstimmen, und von dieser dünnsten Stelle aus nimmt die Linienbreite in beide Richtungen zu.Areas that are located next to this line of the sharpest image are imaged out of focus in the camera image. As a direct consequence of this behavior, the slanted line of the reticle will have a thinnest point where the working distances of the collimator and camera coincide, and from this thinnest point the line width increases in both directions.

Die zur geneigten Linie des Kollimators senkrecht stehende Linie besitzt die Breite, welche der geneigten Linie am Schnittpunkt beider Linien entspricht. Diese Linie ist unter der Voraussetzung, dass die optischen Achsen des Kollimators und der Kamera zueinander ausgerichtet sind, in der Mitte des Kamerabildes platziert. Die Kamera Justage hinsichtlich maximaler Bildschärfe an der Bildstelle der Kamera mit der Abbildung des Kollimatormusters, ist erreicht, wenn diese Linie die geneigte Linie an derer schmälster Stelle schneidet. Ohne Einschränkung erlaubt das Verfahren auch einen Offset im Bezug zur Position der maximalen Bildschärfe einzustellen. Durch die Lage der schmälsten Stelle der geneigten Linie im Bild ist eindeutig ersichtlich, ob sich das Kameraobjektiv im Bezug zum Bildsensor vor der optimalen Position oder dahinter befindet. Ebenfalls besteht ein Zusammenhang zwischen der Linienbreite und dem realen Abstand des Objektivs von dieser optimalen Position im Bezug zum Bildsensor. Dadurch ist es mit einer Bildaufnahme möglich die Distanz und die Richtung für die Justage des Kameraobjektivs im Bezug zum Bildsensor zu bestimmen.The line perpendicular to the slanted line of the collimator has the width corresponding to the slanted line at the intersection of both lines. This line is provided that the optical axes of the collimator and the Camera are aligned to each other, placed in the center of the camera image. The camera adjustment with regard to maximum image sharpness at the image point of the camera with the image of the collimator pattern is achieved when this line intersects the inclined line at its narrowest point. Without restriction, the method also allows an offset to be set in relation to the position of maximum image sharpness. The position of the narrowest point of the inclined line in the image makes it clear whether the camera lens is in front of or behind the optimal position in relation to the image sensor. There is also a connection between the line width and the real distance of the lens from this optimal position in relation to the image sensor. This makes it possible to determine the distance and direction for adjusting the camera lens in relation to the image sensor with one image recording.

Für eine Kamera-Justage werden mehrere Kollimatoren in einer Gruppe angeordnet mit definierter Geometrie zur Kamera verwendet. Diese Anordnung ist möglich unter Verwendung von Mikroobjektiven. Dadurch wird erreicht, dass die Anforderung an eine kurze Brennweite erfüllt ist und mit der geometrischen Anordnung der Kollimatoren in der Kollimatorgruppe und dem entsprechenden Platzbedarf konform ist. Dadurch wird die Kameramontage deutlich schneller, da keine MTF-Kurven schrittweise abgefahren werden müssen.
Das Verfahren mit Kollimatoren genannter Art hat das Ziel, das Objektiv der Kamera bezüglich des Bildsensors an die richtige Stelle zu bringen, so dass alle Zielpunkte scharf abgebildet sind. Dies erfolgt auf einem Hexapod mit 6 Freiheitsgraden, auf dem das Objektiv oder der Sensor variabel verschwenkt werden kann, und durch Festhalten der Position zum Bildsensor mittels eines Klebers.
In der 2 ist ein solcher Aufbau schematisch dargestellt. Ein Sensor 1 ist auf einer Leiterpatte 2 aufgebracht. Das zugehörige Objektive 3, das zusammen mit dem Sensor 1 die Kamera 4 bildet, ist in einer z-Richtung vor einem Kollimator 5 angeordnet. Das Reticle 6 befindet sich im Kollimator, der nicht weiter ausgeführt ist. Gemessen wird das Bild mit einem Rechner 20.Several collimators arranged in a group with a defined geometry to the camera are used for camera adjustment. This arrangement is possible using micro lenses. This ensures that the requirement for a short focal length is met and conforms to the geometric arrangement of the collimators in the collimator group and the corresponding space requirements. This makes the camera assembly much faster, since no MTF curves have to be followed step by step.
The aim of the method with collimators of the type mentioned is to bring the camera lens to the correct position in relation to the image sensor, so that all target points are sharply imaged. This is done on a hexapod with 6 degrees of freedom, on which the lens or the sensor can be variably pivoted, and by fixing the position to the image sensor using an adhesive.
In the 2 such a structure is shown schematically. A sensor 1 is applied to a printed circuit board 2 . The associated lens 3, which forms the camera 4 together with the sensor 1, is arranged in front of a collimator 5 in a z-direction. The reticle 6 is located in the collimator, which is not explained further. The image is measured with a calculator 20.

Um den Prozess zu beschleunigen, werden heute fünf Zielkreuze 7 im Reticle 6 nach 3 verwendet, auf die alle zusammen scharfgestellt werden muss. Damit lassen sich schneller mehrere Messpunkte ermitteln und jeweils ein Optimum 10 für jede der fünf MTF Kurven bestimmen. Dessen Abweichung von Sollwert stellt eine Delta-z- Messung dar.To speed up the process, five crosshairs 7 are added to the reticle 6 today 3 used, all of which must be focused together. This allows several measuring points to be determined more quickly and an optimum 10 to be determined for each of the five MTF curves. Its deviation from the target value represents a delta z measurement.

Das aktuelle Verfahren hat Nachteile.
Die Verkippung des Objektivs wird nur bei dem vorgegebenen Abstand also im Solloptimum justiert.
Zudem verwendet das Verfahren die Annahme, dass die MFT-Kurven der vier Zielkreuze an den Ecken über dem gesamten Bereich und auch mit der in der Massenproduktion vorhandenen Toleranz gleich sind.The current method has disadvantages.
The tilting of the lens is only adjusted at the specified distance, i.e. in the target optimum.
In addition, the method uses the assumption that the MFT curves of the four crosshairs at the corners are the same over the entire range and also with the tolerance present in mass production.

Dadurch wird eine Verkippung nicht korrigiert, die am Optimum bzw. am finalen Punkt anders ist als am Ausgangspunkt.
Die Erfahrung zeigt, dass die Objektive weder symmetrisch sind noch einen gleichmäßigen Verlauf haben. Aus der Masseproduktion ist jedes Objektiv was die optische Werte angeht ein Unikat.
Der ermittelte Delta_z Optimums-Wert wird nicht weiterverwendet.This will not correct a tilt that is different at the optimum or final point than at the starting point.
Experience shows that the lenses are neither symmetrical nor do they have an even progression. From mass production, each lens is unique in terms of optical values.
The determined Delta_z Optimums value is no longer used.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Justage von Objektiven in Bezug auf Bildsensoren vorzulegen. Dabei ist das Ziel die Verkippung nicht nur am Optimum der Messung des zentralen Zielkreuzes zu verwenden.It is the object of the invention to present an improved method for adjusting lenses in relation to image sensors. The goal is not only to use the tilting at the optimum of the measurement of the central target cross.

Figurenlistecharacter list

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1.

1 zeigt einen MTF Kurve über dem Abstand z und Verkippungen zwischen Objektiv und Sensor,
2 zeigt den schematischen Aufbau der Justage,
3 zeigt ein Reticle,
4 zeigt einen MTF Messung der fünf Zielkreuze der 3,
5 zeigt den Ablauf einer Justage mit MTF Messungen.

The object is achieved with a method according to claim 1.

1 shows an MTF curve over the distance z and tilting between lens and sensor,
2 shows the schematic structure of the adjustment,
3 shows a reticle,
4 shows an MTF measurement of the five crosshairs of the 3 ,
5 shows the process of an adjustment with MTF measurements.

Ausgehend von einem Reticle 6 mit fünf Zielkreuzen 7 werden die MTF-Kurven für die einzelnen Zielkreuze 7 gemessen. Wie in 4 dargestellt, liegen die Messungen der vier in den Ecken des Reticle 6 liegenden Zielkreuze 7 bezüglich des Abstands z etwas versetzt zu dem Optimum 10 des mittleren Zielkreuzes 7.Starting from a reticle 6 with five crosshairs 7, the MTF curves for the individual crosshairs 7 are measured. As in 4 shown, the measurements of the four crosshairs 7 located in the corners of the reticle 6 are slightly offset with respect to the distance z from the optimum 10 of the middle crosshair 7.

Deutlicher ist da in 5 zu erkennen, in der der Versatz Delta_z zwischen dem Optimum 10 des zentralen Zielkreuzes 7 und den weiteren Messungen den Optima 11 der Zielkreuze 7 in den Ecken dargestellt ist.It is clearer there in 5 can be seen, in which the offset Delta_z between the optimum 10 of the central crosshair 7 and the further measurements the optimum 11 of the crosshairs 7 is shown in the corners.

Das Objektiv 3 wird zu einem Startpunkt 12 gefahren, der fest vordefiniert ist. Dann wird das Objektiv 3 an den Sensor 2 angenähert.
Bei einem ungefähren Abstand A von 40µm im Punkt 13, der abhängig von jeder Kamera vorgewählt ist, wird bezüglich der x und y-Achsen zentriert, und die Verkippung des Objektivs 3 zum Sensor 2 korrigiert. Dabei sollen alle MTF-Kurven der vier äußeren Zielkreuze 7 in den Ecken auf eine Ebene gelegt werden. Danach werden in einige Iterationen die Optima 11 der Position des Objektivs gefunden, ohne die Verkippung nochmals zu ändern.
Vom den Optima 11 wird ein fester Offset O zum Punkt 14 der MTF-Kurve des Objektivs 3 gefahren, wobei der Offset O für den jeweiligen Kameratyp vordefiniert ist. Das Objektiv 3 wird geklebt, wobei der Kleber einer Aushärtung unter UV in der Justage und thermisch im Ofen unterliegt. Nach dem Aushärten liegt das Objektiv 3 mit dem Sensor 2 am Punkt 15 bei Messungen der MFT-Kurve.The lens 3 is moved to a starting point 12 that is permanently predefined. Then the lens 3 is brought closer to the sensor 2 .
At an approximate distance A of 40 μm at point 13, which is preselected depending on each camera, the x and y axes are centered and the tilting of lens 3 to sensor 2 is corrected. In doing so, all MTF curves of the four outer target cross 7 in the corners to be placed on a plane. After that, the optima 11 of the position of the lens are found in a few iterations without changing the tilting again.
A fixed offset O is moved from the optima 11 to the point 14 of the MTF curve of the lens 3, the offset O being predefined for the respective camera type. The lens 3 is glued, with the glue subject to curing under UV in the adjustment and thermally in the oven. After curing, the lens 3 with the sensor 2 is at the point 15 when measuring the MFT curve.

Zur Verbesserung des Verfahrens mit einem festen Offset O wird ein weiterer Punkt auf der MTF-Kurve angefahren. Und zwar wird der finale Punkt 15 nach dem Aushärten nach der Bestimmung der Optima 11 der Zielkreuze in den Ecken angefahren. In dieser Position wird die Verkippung nochmals korrigiert. Anschließend wird wieder der Offsetpunkt 14 angefahren und das Objektiv 3 verklebt und ausgehärtet.To improve the process with a fixed offset O, another point on the MTF curve is approached. Namely, the final point 15 is approached after hardening after determining the optima 11 of the crosshairs in the corners. In this position, the tilting is corrected again. Then the offset point 14 is approached again and the lens 3 is glued and cured.

In einer weiteren Ausführungsform wird der vorliegende gemessene Delta_z-Wert verwendet. Der Delta-z Wert zwischen dem Optimum 10 des zentralen Zielkreuzes und den Optima 11 der Zielkreuze 7 in den Ecken ergibt eine genau Beschreibung der Variation der Linsen und einen Wert gemessen in µm.In another embodiment, the present measured Delta_z value is used. The delta-z value between the optimum 10 of the central crosshairs and the optima 11 of the crosshairs 7 in the corners gives an exact description of the variation of the lenses and a value measured in µm.

Mit dem Abstand Delta_z wird der Wert des Offsets O dynamisch für jede einzelne Kombination von Objektiv und Sensor bestimmt. Damit wird für jedes individuelle Objektiv abhängig vom Wert Delta_z ein bester Punkt für den Offset O festgelegt.With the Delta_z distance, the value of the offset O is determined dynamically for each individual combination of lens and sensor. This establishes a best point for the offset O for each individual lens depending on the Delta_z value.

Direkt in der Anlage kann somit jede Linse genauer vermessen und korrigiert werden.
Dieses Verfahren verbessert die Lebensdauer im Feld, verringert den Ausschuss in der Produktion und kann sogar feststellen, ob das Objektiv von der Spezifikation abweicht.Each lens can thus be measured and corrected more precisely directly in the system.
This process improves field durability, reduces production waste and can even detect if the lens is out of specification.

Damit erspart das Verfahren auch einen Teil der Daten-Analysen aus den Produktionsdaten.The method thus also saves part of the data analysis from the production data.

Die beiden Verfahren können auch kombiniert werden, um so eine optimale Lösung für das Einmessen der Objektive zum Sensor und somit für die Kameraherstellung zu erreichen.The two methods can also be combined in order to achieve an optimal solution for calibrating the lenses to the sensor and thus for camera production.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102007003681 A1 [0002]
DE 102004056723 A1 [0003]
DE 102019105622 B4 [0004]
WO 2020/178366 A1 [0014]

Claims

Method for adjusting a camera (4), which has a sensor (2) and a lens (3), using a collimator (5) with a reticle (6), which has a central crosshair (7) and four crosshairs arranged at corners (7), wherein - a light source of the collimator illuminates the crosshairs (7), - the sensor (2) records an image generated by the crosshairs (7) via a lens (4); - The sensor (2) relative to the lens (3) is pushed back and/or away and tilted, with a computer (20) carrying out an actual/target comparison and calculating an MTF curve, characterized in that in iterations the optima (11) of the MTF curves of the crosshairs (7) in the corners for the lens (3) are determined, with the tilting of the lens (3) being set at least at a planned final point (15) of the final fixation and the Position of the lens is set with an offset (O) with respect to the optima (11).

procedure after claim 1 , where the offset is specified for a type of camera (4).

procedure after claim 1 , whereby the offset is calculated and defined individually for each camera (4).

Method according to one of the preceding claims, wherein the tilting of the lens takes place at a first point at a predetermined distance (A) from the optima (11) of the MTF curves of the crosshairs (7) of the corners and a second time at the planned final point (15) the final fixation is adjusted.