DE10317827A1

DE10317827A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen

Info

Publication number: DE10317827A1
Application number: DE2003117827
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Depiereux
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: FIONEC GMBH, DE
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: DE10317827B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen vorgestellt, bei dem die Strahlung derart gebündelt wird, dass sie lediglich auf eine Teilanzahl der im Sensorchip (2) vorhandenen Bildsensoren trifft und zumindest eine Teilanzahl der nicht mit Strahlung beauftragten Bildsensoren beim Auslesevorgang nicht ausgelesen wird. Des Weiteren werden Vorrichtungen zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen vorgestellt. Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich durch eine an einer Chiphalterung (1) festgelegten Gehäusehalterung (4), mit der ein mindestens eine Fokussierlinse (9) tragendes Gehäuse (6) in Richtung der optischen Achse geführt und an der Gehäusehalterung (4) fixierbar ist. Eine weitere Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zur linienförmigen Fokussierung der Strahlung auf mindestens eine Sensorzelle geeignete zylinder- oder stabförmige Fokussierlinse (9). Die Vorrichtungen erlauben eine gezielte Bestrahlung einzelner Sensorzeilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen, bei dem die Strahlung auf einen Bildsensoren aufweisenden Sensorchip einer Digitalkamera gebündelt wird, sowie Vorrichtungen zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen.

Bei der Signalauswertung digitaler Kameras, zum Beispiel CCD (Charge Coupled Device) – oder CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – Kameras wird die Strahlung über eine Fokussierlinse auf einen Sensorchip fokussiert, der in der Regel komplett ausgeleuchtet wird. Die Zeit, die für das Auslesen des Sensorchips benötigt wird, steigt mit der Anzahl der Bildsensoren. Des Weiteren kann eine derartige Vorgehensweise für schwache Signale nachteilig sein, da sich diese auf sämtliche Bildsensoren verteilen und die auf die einzelnen Bildsensoren auftreffenden Signale möglicherweise nicht mehr hinreichend feststellbar sind. Die Fokussierlinsen sind in der Regel in einem Objektivgehäuse fest angeordnet, das auf das Kameragehäuse geschraubt werden kann. Für bestimmte Anwendungen der Digitalkamera kann es wichtig sein, eine möglichst genaue Parallelität von Linsenebene und Sensorchipebene zu erreichen. Hierfür sind in den bekannten Digitalkameras keine besonderen Vorkehrungen getroffen, insbesondere für den Fall, dass der Sensorchip nicht völlig parallel zur Chiphalterung, in der Regel eine Platine, ist.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie Vorrichtungen der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine gegenüber dem Stand der Technik schnellere Signalauswertung und/oder eine höhere Empfindlichkeit ermöglichen.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Strahlung derart gebündelt wird, dass sie lediglich auf eine Teil anzahl der Bildsensoren trifft, und zumindest eine Teilanzahl der nicht mit Strahlung beaufschlagten Bildsensoren beim Auslesevorgang nicht ausgelesen wird.
Dadurch, dass die Strahlung sich auf eine Teilanzahl der Bildsensoren konzentriert, können gegenüber dem Stand der Technik schwächere Signale ausgelesen und verwertet werden. Beschränkt man das Auslesen des Sensorchips auf bestimmte Bildsensoren, kann der Auslesevorgang erheblich beschleunigt werden. Somit kann gleichzeitig eine erhöhte Auswertegeschwindigkeit und eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht werden.
Es kann vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass lediglich eine Teilanzahl der Sensorzeilen des Sensorchips mit Strahlung beaufschlagt wird. Das Auslesen einzelner Sensorzeilen ist technisch einfacher als andere Bereiche von Bildsensoren.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeführt werden, dass mindestens zwei Signale übertragen und die Strahlung in mindestens zwei, jeweils eines der Signale übertragende Teilbündel aufgeteilt und jedes Teilbündel auf jeweils andere, Sensorgruppen bildende Bildsensoren gebündelt wird. Auf diese Weise können mehrere unterschiedliche Signale gleichzeitig von unterschiedlichen Sensorgruppen ausgewertet werden. Das Separieren der Strahlung, die beispielsweise für verschiedene Signale unterschiedliche Wellenlängen aufweist, könnte vorzugsweise mittels geeigneter Filter durchgeführt werden.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeführt werden, dass die Sensorgruppen jeweils mindestens eine Sensorzeile oder einen Teil mindestens einer Sensorzeile bilden. Hierdurch wird das auf die der jeweiligen Sensorgruppe zugehörigen Bildsensoren beschränkte Auslesen des Sensorchips vereinfacht.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, umfassend einen aus Bildsensoren zusammengesetzten, von einer Chiphalterung getragenen Sensorchip, wobei einzelne Bildsensoren oder mindestens eine aus mehreren benachbarten Bildsensoren zusammengesetzte Sensorgruppe separat auslesbar sind, und mindestens eine in einem Ge häuse angeordnete Fokussierlinse, wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch eine an der Chiphalterung festgelegte Gehäusehalterung, mit der das Gehäuse in Richtung der optischen Achse geführt und mittels eines an der Gehäusehalterung vorgesehenen Fixierungselements an der Gehäusehalterung fixierbar ist.
Die mindestens eine Fokussierlinse ist somit über das Gehäuse mittelbar und verschiebbar an der Chiphalterung, das heißt in der Regel an der Platine, festgelegt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Ausrichtung der Fokussierlinse zuverlässig an die Ausrichtung der Chiphalterung und somit des Sensorchips anzupassen und die Strahlung gezielt auf bestimmte, lediglich eine Teilanzahl der Bildsensoren des Sensorchips bildende Bildsensoren zu fokussieren. Das Fixierelement kann z. B. durch eine seitlich durch die Gehäusehalterung geführte Schraube gebildet sein.
Die vorgenannte Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass einzelne Sensorzeilen separat auslesbar sind.
Des Weiteren wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, umfassend einen aus Bildsensoren zusammengesetzten, von einer Chiphalterung getragenen Sensorchip, wobei einzelne Sensorzeilen separat auslesbar sind, die vorgenannte Aufgabe gelöst durch mindestens eine in einem Gehäuse angeordnete, zur linienförmigen Fokussierung der Strahlung auf mindestens eine Sensorzeile geeignete zylinder- oder stabförmige Fokussierlinse. Die zylinder- oder stabförmige Fokussierlinse ermöglicht ein zuverlässiges Fokussieren der Strahlen auf eine Sensorzeile oder auf einige wenige, zueinander benachbarte Sensorzeilen, die dann separat ausgelesen werden können.
Die zuletzt genannte Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass an der Gehäusehalterung eine Chiphalterung befestigt ist, wobei das Gehäuse mittels der Gehäusehalterung in Richtung der optischen Achse geführt und mittels eines an der Gehäusehalterung vorgesehenen Fixierungselements an der Gehäusehalterung fixierbar ist.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen so ausgebildet sein, dass das Gehäuse zylindrisch ist. Die Zylinderform des Gehäuses ermöglicht eine einfache Ausrichtung zum Beispiel der zylinder- oder stabförmigen Fokussierlinsen parallel zu den Sensorzeilen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auch so ausgebildet sein, dass die mindestens eine Fokussierlinse im Gehäuse durch mindestens eine vom Gehäuse separate Linsenfassung gehalten ist. Die separate Linsenfassung kann die Ausrichtung der Linse innerhalb des Gehäuses erleichtern.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen so ausgebildet sein, dass sich die mindestens eine Fokussierlinse oder die Linsenfassung mittelbar oder unmittelbar auf einer zur Sensorchipfläche parallel verlaufenden Ausrichtfläche abstützt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Linsenebene hinreichend parallel zur Sensorchipfläche verläuft. Dabei bietet es sich an, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen so auszubilden, dass die Ausrichtfläche ein Deckglas des Sensorchips ist. Es ist davon auszugehen, dass das Deckglas des Sensorchips hinreichend parallel zur Sensorchipfläche selbst ist.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass ein nachgiebiger Ausgleichsring zwischen Linse oder Linsenfassung und einem im Gehäuse vorgesehen Abstützelement angeordnet ist. Verläuft die Sensorfläche nicht parallel zur Fläche der Chiphalterung, wird wegen der Fixierung der Gehäusehalterung auf der Chiphalterung die Längsachse des Gehäuses nicht senkrecht zur Sensorfläche bzw. zur Ausrichtfläche sein. Wäre die mindestens eine Fokussierlinse relativ zum Gehäuse absolut fixiert, wären damit Linsenebene und Sensorchipebene nicht parallel zueinander. Stützt sich die Linsenhalterung unmittelbar auf der Ausrichtfläche, d. h. zum Beispiel auf dem Deckglas des Sensorchips ab, kann der Ausgleichsring die Verkippung zwischen Linsenebene und dem Verlauf des Abstützelements im Gehäuse ausgleichen, so dass die mindestens eine Fokussierlinse in hinreichender Weise parallel zur Sensorchipfläche sicher fixiert ist. Wird ein größerer Abstand zwischen der mindestens einen Fokussierlinse und dem Sensorchip benötigt, können entsprechende Abstandhalter zwischen Linse oder Linsenfassung und Ausrichtfläche vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind insbesondere vorteilhaft für zahlreiche optische Verfahren, bei denen Mikrooptiken als Funktionselemente in Digitalkameras von Vorteil sind.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen und Ausbildungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtungen anhand von Figuren dargestellt.
Es zeigt
1: eine perspektivische Schrägaufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2: eine geschnittene Schrägaufsicht auf Gehäuse, Ausgleichsring, Linsenhalterung und Linsen gemäß 1 und
3: einen seitlichen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt schematisch eine Platine 1, auf der ein Sensorchip 2 einer hier nicht in der Gänze dargestellten Digitalkamera angeordnet ist. Der Sensorchip 2 ist durch ein übliches Deckglas 3 abgedeckt. Auf der Platine 1 ist mittels in Schraublöchern 5 versenkten und hier nicht sichtbaren Schrauben eine Gehäusehalterung 4 fixiert. Ein Gehäuse 6 ist in einer zylindrischen Durchführung der Gehäusehalterung 4 in Richtung senkrecht zur Platine 1 geführt. Das Gehäuse 6 kann mittels einer Fixierungsschraube 7 fixiert werden.
2 zeigt eine geschnittene Schrägaufsicht auf das Gehäuse 6. In dem Gehäuse 6 ist eine Linsenhalterung 8 angeordnet, auf der zwei stabförmige Linsen 9 fixiert sind. Wenn das Gehäuse 6 auf das Deckglas 3 (1) abgesenkt wird, stützt sich die Linsenhalterung 8 unmittelbar auf dem Deckglas 3 ab und wird gegen einen elastischen Ausgleichsring 10 gepresst, der sich wiederum an einer als Abstützelement dienenden Kante 11 in der Wand des Gehäuses 6 abstützt.
Durch die Fixierung der Gehäusehalterung 4 auf der Platine 1 ist die Längsachse der Durchführung in der Gehäusehalterung 4 und somit die Längsachse des Gehäuses 6 senkrecht zur Ebene der Platine 1 ausgerichtet. Aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen kann der Sensorchip 2 und damit das zum Sensorchip 2 in aller Regel parallele Deckglas 3 zur Ebene der Platine 1 verkippt sein. Durch den elastischen Ausgleichsring 10 wird diese Verkippung aufgefangen, so dass bei fixiertem Gehäuse 6 die Linsenhalterung 8 und damit die Linsen 9 parallel zum Sensorchip 2 ausgerichtet bleibt.
Durch Drehen des Gehäuses 6 um seine Längsachse können die Linsen 9 parallel zu den hier nicht gesondert dargestellten Sensorzeilen des Sensorchips 2 ausgerichtet werden, so dass von jeder Linse 9 die Strahlung auf zum Beispiel genau eine bestimmte Sensorzeile fokussiert wird. Den Auslesevorgang kann man auf die bestrahlten Sensorzeilen beschränken, so dass hohe Messfrequenzen möglich sind.
3 zeigt eine alternative Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem seitlichen Querschnitt. Einander entsprechende Elemente sind in den 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. So ist auch hier die Gehäusehalterung 4 auf einer Platine 1 fixiert. Alternativ zu einer Befestigung mit Schrauben, kann die Gehäusehalterung 4 beispielsweise auch aufgeklebt sein. In der Gehäusehalterung 4 ist ein Gehäuse 6 mit zylindrischer Form geführt, in welchem eine Linsenhalterung 8 mit einer oder mehreren Linsen 9 angeordnet ist. Je nach der gewählten Optik ist es erforderlich, zum Deckglas 3 des Sensorchips 2 einen bestimmten Abstand einzuhalten. Aufgrund dessen ist ein zylinderförmiger Abstandhalter 12 vorgesehen, der sich unmittelbar auf dem Deckglas 3 abstützt. Bei Absenken des Gehäuses 6 wird die Linsenhalterung 8 über die Kante 11 und den Ausgleichsring 10 auf den Abstandhalter 12 gepresst.
In allen Ausführungsbeispielen können im Gehäuse 6 oder vor dem Gehäuse 6 weitere, in den Fig. nicht dargestellte optische Elemente, wie z.B. eine Sammellinse, vorgesehen sein, die im Zusammenspiel mit den im Gehäuse angeordneten Linsen 9 die gewünschten Effekte bewirken.

1: Platine
2: Sensorchip
3: Deckglas
4: Gehäusehalterung
5: Schraublöcher
6: Gehäuse
7: Fixierungsschrauben
8: Linsenhalterung
9: Linse
10: Ausgleichsring
11: Kante
12: Abstandhalter

Claims

Verfahren zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen, bei dem die Strahlung auf einen Bildsensoren aufweisenden Sensorchip (2) einer Digitalkamera gebündelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung derart gebündelt wird, dass sie lediglich auf eine Teilanzahl der Bildsensoren trifft, und zumindest eine Teilanzahl der nicht mit Strahlung beaufschlagten Bildsensoren beim Auslesevorgang nicht ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Teilanzahl der Sensorzeilen des Sensorchips (2) mit Strahlung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Signale übertragen und die Strahlung in mindestens zwei, jeweils eines der Signale übertragende Teilbündel aufgeteilt und jedes Teilbündel auf jeweils andere, Sensorgruppen bildende Bildsensoren gebündelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorgruppen jeweils mindestens eine Sensorzeile oder einen Teil mindestens einer Sensorzeile bilden.
Vorrichtung zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen, umfassend a) einen aus Bildsensoren zusammengesetzten, von einer Chiphalterung (1) getragenen Sensorchip (2), wobei einzelne Bildsensoren oder mindestens eine aus mehreren benachbarten Bildsensoren zusammengesetzte Sensorgruppe separat auslesbar sind und b) mindestens eine in einem Gehäuse (6) angeordnete Fokussierlinse (9), gekennzeichnet durch c) eine an der Chiphalterung (1) festgelegte Gehäusehalterung (4), mit der das Gehäuse (6) in Richtung der optischen Achse geführt und mittels eines an der Gehäusehalterung (4) vorgesehenen Fixierungselements (7) an der Gehäuse halterung (4) fixierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Sensorzeilen auslesbar sind.
Vorrichtung zum Empfang von mit Strahlung übertragenen Signalen, umfassend einen aus Bildsensoren zusammengesetzten, von einer Chiphalterung (1) getragenen Sensorchip (2), wobei einzelne Sensorzeilen separat auslesbar sind, gekennzeichnet durch mindestens eine in einem Gehäuse (6) angeordnete, zur linienförmigen Fokussierung der Strahlung auf mindestens eine Sensorzeile geeignete zylinder- oder stabförmige Fokussierlinse (9).
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine an der Chiphalterung (1) festgelegte Gehäusehalterung (4), wobei das Gehäuse (6) mittels der Gehäusehalterung (4) in Richtung der optischen Achse geführt und mittels eines an der Gehäusehalterung (4) vorgesehenen Fixierungselements (7) an der Gehäusehalterung (4) fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) zylindrisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fokussierlinse (9) im Gehäuse (6) durch mindestens eine vom Gehäuse (6) separate Linsenfassung (8) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Fokussierlinse (9) oder die Linsenfassung (8) mittelbar oder unmittelbar auf einer zur Sensorchipfläche parallel verlaufenden Ausrichtfläche (3) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtfläche ein Deckglas (3) des Sensorchips ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen nachgiebigen Ausgleichsring (10), der zwischen Linse (9) oder Linsenfassung (8) und einem im Gehäuse (6) vorgesehenen Abstützelement (11) angeordnet ist.