DE19846143A1

DE19846143A1 - Adjustment and assembly of optical colour distribution systems involves computing reference light beam image co-ordinates from pixel data, comparing image sizes and positions

Info

Publication number: DE19846143A1
Application number: DE19846143A
Authority: DE
Inventors: Guenther Tittelbach; Volker Guyenot; Christoph Damm
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-13

Abstract

The method involves positioning at least two solid state detectors (9-11) with a line or surface-shaped pixel structure wrt. at least two colour distribution prisms (1-3) and connecting them to the prisms. At least one light beam is divided into reference light beams at the prisms and fed to the detectors. The reference light beam images formed on the detectors are fed into a computer (22) as pixel data, the image co-ordinates of each image are computed and the sizes and positions of the images are compared and if appropriate the detector positions are altered wrt. each other and/or the prisms. An Independent claim is also included for an arrangement for adjustment and assembly of optical colour distribution systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Justierung und Montage von Farbteilersy stemen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprü che.The invention relates to a method and a Direction for adjusting and assembling color dividers stemen according to the generic term of independent claims che.

Farbteilersysteme, die mehrere Farbteilerprismen und diesen zugeordnete Festkörperdetektoren aufweisen, werden beispielsweise für Mehrchip-Farbkameras zur Farbbildaufnahme verwendet. Ein Mehrfach-Farbteiler prismen-Festkörperdetektorkopf als Dreichipkopf ist in Fig. 1 dargestellt. Ein solcher Farbkamerakopf besteht aus drei Prismen 1, 2, 3, wobei jedes Farb teilerprisma 1, 2, 3 einem Farbkanal zugeordnet ist, zum Beispiel Prisma 1 dem Kanal Blau, Prisma 2 dem Kanal Rot und Prisma 3 dem Kanal Grün. Dazu weisen zwei Prismen 1, 2 eine wellenlängenselektive Be schichtung 4, 5 auf, wobei die dielektrische Be schichtung des Prismas 1 für Blau das blaue Licht reflektiert und die restliche Strahlung durchläßt, während die Beschichtung des Prismas 2 des roten Ka nals rotes Licht reflektiert und die restliche Strahlung, nämlich die im grünen Wellenlängenbereich, durchläßt. An der Austrittsfläche der jeweiligen Prismen 1 bis 3 sind Filter 6, 7, 8 aufgekittet, die zur Korrektur der Transmission des jeweiligen Blau-, Rot- und Grün-Kanals dienen. Den Austrittsflächen der Prismen gegenüberliegend sind CCD-Elemente 9, 10, 11 angeordnet, die die Strahlung im jeweiligen Bereich empfangen und die umgewandelten elektrischen Signale an eine entsprechende Auswerteeinrichtung liefern. Vor der Anordnung ist ein Objektiv 12 mit einem IR- Sperrfilter vorgesehen.Color splitter systems which have a plurality of color splitter prisms and solid-state detectors assigned to them are used, for example, for multi-chip color cameras for color image recording. A multiple color splitter prism solid-state detector head as a three-prong head is shown in FIG. 1. Such a color camera head consists of three prisms 1 , 2 , 3 , each color divider prism 1 , 2 , 3 being assigned to a color channel, for example prism 1 the channel blue, prism 2 the channel red and prism 3 the channel green. For this purpose, two prisms 1 , 2 have a wavelength-selective coating 4 , 5 , the dielectric coating of the prism 1 for blue reflecting the blue light and transmitting the rest of the radiation, while the coating of the prism 2 of the red channel reflects red light and the rest of the radiation, namely that in the green wavelength range, transmits. Filters 6 , 7 , 8 , which serve to correct the transmission of the respective blue, red and green channel, are cemented onto the exit surface of the respective prisms 1 to 3 . CCD elements 9 , 10 , 11 are arranged opposite the exit surfaces of the prisms, which receive the radiation in the respective area and deliver the converted electrical signals to a corresponding evaluation device. Before the arrangement, a lens 12 with an IR cut filter is provided.

Das durch das Objektiv 12 gelangende weiße Licht wird von den wellenlängenselektiven dielektrischen Be schichtungen 4 und 5 aufgeteilt, so daß in jedem Ab bildungskanal ein Farbauszugbild auf dem jeweiligen CCD-Schwarz-Weiß-Detektor 9, 10, 11 erzeugt wird. Die Korrekturfilter 6, 7, 8 dienen zur Optimierung der Transmissionscharakteristik für die einzelnen Kanäle sowie zur Unterdrückung von parasitärem Reflexlicht. Die durch die Festkörperdetektoren 9 bis 11 erzeugten elektrischen Farbauszugssignale werden benutzt, um in einem Monitor das Farbbild zu rekonstruieren. Eine einwandfreie Abbildung läßt sich nur erzielen, wenn in jedem Farbkanal gleiche Bilddetails auf gleichen Empfängerpositionen, d. h. mit gleicher Pixelposition und somit pixelidentisch, abgebildet werden. Dies läßt sich nur erreichen, wenn einerseits das abbil dende Objektiv keine chromatischen Vergrößerungsfeh ler und keine Bildfeldwölbung bewirkt, und anderer seits ist es notwendig, daß in jedem Kanal Bildebene und Detektorebene zusammenfallen (Bild schärfenabgleich) und die Bilddetails konturengleich abgebildet werden. Das erfordert die genaue Justie rung der relativen Position der eingesetzten Bildemp fänger sowie die Aufrechterhaltung der Position mit Genauigkeiten im µm-Bereich. Die Prismen untereinan der sowie die Detektoren untereinander und in bezug auf die Prismen müssen daher genau positioniert und justiert werden.The white light coming through the lens 12 is divided by the wavelength-selective dielectric coatings 4 and 5 , so that in each imaging channel a color separation image is generated on the respective CCD black and white detector 9 , 10 , 11 . The correction filters 6 , 7 , 8 serve to optimize the transmission characteristics for the individual channels and to suppress parasitic reflected light. The electrical color separation signals generated by the solid-state detectors 9 to 11 are used to reconstruct the color image in a monitor. A perfect image can only be achieved if the same image details are displayed in the same receiver positions in each color channel, ie with the same pixel position and thus pixel-identical. This can only be achieved if, on the one hand, the imaging lens does not cause chromatic magnification errors and no field curvature, and on the other hand, it is necessary that the image plane and detector plane coincide in each channel (image sharpness adjustment) and the image details are mapped with the same contour. This requires precise adjustment of the relative position of the image receivers used and maintenance of the position with accuracies in the µm range. The prisms with each other and the detectors with each other and with respect to the prisms must therefore be precisely positioned and adjusted.

Für die Verbindung der CCD-Detektoren mit den Farb teilerprismen wahre prinzipiell eine Montage denkbar, bei der die Positionsbestimmung der Chips relativ zueinander und zur Farbteilerprismenanordnung allein aus der vom Hersteller angegebenen Lage der Chips bzw. Detektoren in ihren Gehäusen und durch Bestim mung der Detektorgehäuseposition mit mechanischen Abstandsmeßgeräten realisiert wird. Die Toleranzen der Gehäuseabmessungen sowie die Lage der Detektor chips im Gehäuse werden von den Herstellern mit ± 0,1 mm bzw. ± 0,15 mm angegeben, sie übersteigen damit die Pixelabmessungen um ein Vielfaches. Da die Justierung der Detektoren in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse mit Unsicherheiten im Subpixelbe reich verlangt wird, scheidet diese einfache Vorge hensweise aus.For connecting the CCD detectors with the color divider prisms are basically conceivable an assembly, where the positioning of the chips is relative to each other and to the color divider prism arrangement alone from the position of the chips specified by the manufacturer or detectors in their housings and by Bestim Detection of the detector housing position with mechanical Distance measuring devices is realized. The tolerances the housing dimensions and the position of the detector Manufacturers also use chips in the housing Specified ± 0.1 mm or ± 0.15 mm, they exceed thus the pixel dimensions many times over. Since the Alignment of the detectors in one plane vertically to the optical axis with uncertainties in the subpixel this simple precedent differs noticeably.

Aus der DE 32 11 867 ist ein Verfahren und eine Vor richtung zum Justieren und Montieren von optischen Bauteilen in optischen Geräten bekannt, bei denen das optische Bauteil von einer nicht zu dem optischen Gerät gehörenden Justiervorrichtung bzw. von einem Manipulator gehalten wird, der seinerseits während des Justier- und Montagevorganges mit dem Gerät ver bunden ist und wobei das optische Bauteil durch den Manipulator in bis zu drei Raumrichtungen bewegbar und um bis zu drei Raumachsen drehbar ist. Während des Justiervorganges wird durch das optische Bauteil ein Bild auf einen ortsauflösenden Empfänger abgebil det, wobei der Justiervorgang unter fortlaufender Beobachtung dieses Bildes und Vergleich mit einem Sollbild durchgeführt wird. Dabei kann der ortsauflö sende Empfänger Bestandteil des Geräts sein. Nach dem Justiervorgang wird das optische Bauteil oder seine Fassung durch eine sich verfestigende Substanz mit dem Gerät fest verbunden und danach wird der Manipu lator entfernt.DE 32 11 867 describes a method and a pre direction for adjusting and assembling optical Components known in optical devices in which the optical component from one not to the optical Device belonging adjustment device or from a Manipulator is held, which in turn during the adjustment and assembly process with the device is bound and the optical component by the Manipulator can be moved in up to three spatial directions and can be rotated up to three spatial axes. While the adjustment process is through the optical component an image on a spatially resolving receiver det, the adjustment process under continuous Observation of this picture and comparison with one Target image is carried out. The spatial resolution sender receiver be part of the device. After this Adjustment process is the optical component or its Composed by a solidifying substance firmly connected to the device and then the Manipu lator removed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren und eine Vorrichtung zur Justierung und Montage eines optischen Farbteilersystems, das mindestens zwei Festkörperdetektoren und eine Einheit aus minde stens zwei Farbteilerprismen aufweist, zu schaffen, mit denen die Positionierung und Justierung sehr ge nau vorgenommen werden kann, das heißt für die Posi tionierung quer zur optischen Achse mit einer Genau igkeit, die im Subpixelbereich liegt, und für die Positionierung längs zur optischen Achse mit einer Genauigkeit, derart, daß die Abweichung zwischen Bild- und Aufnahmeebene kleiner als die Schärfentiefe ist.The invention has for its object a method ren and a device for adjustment and assembly an optical color splitter system that at least two solid-state detectors and a unit of at least has at least two color divider prisms, with which the positioning and adjustment very ge can be made exactly, that is for the Posi tion across the optical axis with an accuracy which lies in the sub-pixel range and for which Positioning along the optical axis with a Accuracy, such that the discrepancy between Image and image plane smaller than the depth of field is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und des ne bengeordneten Anspruchs in Verbindung mit den Merkma len ihrer Oberbegriffe gelöst.This object is achieved by the kenn features of the main claim and the ne subordinate claim in connection with the Merkma len of their generic terms solved.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen möglich.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor richtung ist in der Zeichnung dargestellt und das erfindungsgemäße Verfahren wird zusammen mit der Vor richtung in der nachfolgenden Beschreibung unter Her anziehung der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention direction is shown in the drawing and that inventive method is together with the pre direction in the following description under Her attraction of the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Aufbau eines Farbteilerprismen- Festkörperdetektorkopfes nach dem Stand der Technik, und Fig. 1 shows a structure of a color splitter prism solid-state detector head according to the prior art, and

Fig. 2 einen schematischen Aufbau der erfin dungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 shows a schematic structure of the inventive device.

In Fig. 2 ist der Aufbau zur Justierung und Montage eines Farbteilersystems 13 dargestellt, das einen Aufbau entsprechend Fig. 1 aufweist. Dabei werden Bestandteile des Farbteilersystems 13 zur Justierung mit herangezogen, so daß keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind. FIG. 2 shows the structure for adjusting and assembling a color divider system 13 , which has a structure corresponding to FIG. 1. Components of the color splitter system 13 are also used for adjustment, so that no additional components are necessary.

Die Justiervorrichtung weist eine Beleuchtungsanord nung 14 auf, die eine Strahlungs- oder Lichtquelle 15 sowie eine Kondensorlinse 16 umfaßt. Vor der Beleuch tungsanordnung 14 ist eine Blende 17 mit mehreren Durchbrechungen vorgesehen, die zur Erzeugung von Justierbildern auf den jeweiligen Empfängern des Farbteilersystems dient. Es kann auch ein Dia verwen det werden. Die von der Beleuchtungsanordnung 14 aus gesendete Justierstrahlung wird auf ein Abbil dungsobjektiv 18 gegeben, das Bestandteil des Farb teilersystems 13 sein kann. Für die Aufteilung der Justierstrahlung in den jeweiligen CCD-Empfängern 9, 10, 11 des Farbteilersystems 13 zugeordnete Be zugslichtbündel sind Strahlteiler vorgesehene wobei hier wiederum die Strahlteiler, nämlich die dielek trischen Beschichtungen 4, 5 der Prismen 1, 2 verwen det werden.The adjusting device has a lighting arrangement 14 which comprises a radiation or light source 15 and a condenser lens 16 . In front of the lighting arrangement 14 , an aperture 17 is provided with a plurality of openings, which is used to generate adjustment images on the respective receivers of the color splitting system. A slide can also be used. The alignment radiation emitted by the lighting arrangement 14 is given to an imaging lens 18 , which can be part of the color splitter system 13 . Beam splitters are provided for the distribution of the alignment radiation in the respective CCD receivers 9 , 10 , 11 of the color splitter system 13 , whereby again the beam splitters, namely the dielectric coatings 4 , 5 of the prisms 1 , 2 are used.

Die Empfänger 9, 10, 11, die als CCD-Matrix- oder Zeilenempfänger ausgebildet sind, werden jeweils von einem Manipulator 19, 20, 21 gehalten, der Feinju stierelemente mit Differentialverstellschrauben auf weist und in sechs Positionierfreiheitsgraden, näm lich drei Translations- und drei Rotationsfreiheits graden verstellbar ist. Diese Manipulatoren sind nur während des Justiervorganges mit den Empfängern ver bunden; nach Fixierung der Empfänger an den Prismen werden sie entfernt. Jeder Manipulator 19 bis 21 weist einen Greifer auf, der als Halterung für die Empfänger bzw. Detektoren 9 bis 11 dient, mit dem eine selbsttätige Parallelausrichtung zwischen den Endflächen der Farbteilerprismen 1, 2, 3 und dem je weiligen Empfänger oder Detektor 9 bis 11, genauer gesagt, dem Fenster des den Detektorchip aufnehmenden Gehäuses, realisiert wird. Dabei ist der Greifer als Zweibackengreifer mit einem kegelförmigen, zentrisch zu den Backen angeordneten Unterstützungspunkt für das Detektorgehäuse ausgeführt.The receiver 9 , 10 , 11 , which are designed as a CCD matrix or line receiver, are each held by a manipulator 19 , 20 , 21 , the Feinju bull elements with differential adjustment screws and in six degrees of positioning, namely three translational and three Degrees of rotation is adjustable. These manipulators are only connected to the receivers during the adjustment process; after the receivers are fixed to the prisms, they are removed. Each manipulator 19 to 21 has a gripper, which serves as a holder for the receivers or detectors 9 to 11 , with which an automatic parallel alignment between the end faces of the color splitter prisms 1 , 2 , 3 and the respective receiver or detector 9 to 11 , more specifically, the window of the housing receiving the detector chip is realized. The gripper is designed as a two-jaw gripper with a conical support point for the detector housing, which is arranged centrally to the jaws.

Die Detektoren 9, 10, 11 sind mit einer Auswerte- und Berechnungseinrichtung 22 verbunden, die im konkreten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus einem Steuergerät 23, einem Framegrabber 24 und einem Computer 25 be steht. Außerdem ist ein Monitor 26 vorgesehen. Der Framegrabber 24 dient zum Einlesen der Bildsignale der Festkörperdetektoren 9 bis 11 in den Computer 25.The detectors 9 , 10 , 11 are connected to an evaluation and calculation device 22 , which in the specific exemplary embodiment according to FIG. 2 consists of a control device 23 , a frame grabber 24 and a computer 25 . A monitor 26 is also provided. The frame grabber 24 is used to read the image signals of the solid-state detectors 9 to 11 into the computer 25 .

Das von der Justierblende 17 und dem Objektiv erzeug te Justierbild in Form von Justierstrahlenbündeln wird über die Prismen 1, 2, 3 und die diesen zugeord neten Strahlteilerschichten jeweils auf den Empfän gern 9, 10, 11 mit Pixelstruktur abgebildet und die Empfängersignale werden über das Steuergerät 23 und den Framegrabber 24 als Pixeldaten dem Computer zu geführt. Der Computer berechnet mittels eines Pro gramms, das Subpixelalgorithmen umfaßt, die Größe und die Position der auf den Empfängern abgebildeten Ju stierbilder in einem Bezugskoordinatensystem. Der Subpixelalgorithmus verwendet die Pixelkoordinaten und -intensitäten der Lichtflecken und berechnet die Schwerpunktlage eines Lichtbündels, welches notwendi gerweise mehrere Pixel des Detektors beleuchtet. Das funktioniert unter der Voraussetzung, daß die Bild übertragungsfunktion, d. h. hier die Abbildung des selbstleuchtenden Objekts (Lochblende) über das Ob jektiv und den Prismenblock in die Ebene der CCD-De tektors hinreichend genau bekannt ist, insbesondere symmetrisch ist. Davon kann ausgegangen werden.The adjustment image generated by the adjustment aperture 17 and the lens in the form of adjustment beams is mapped via the prisms 1 , 2 , 3 and the beam splitter layers assigned to them on the receivers 9 , 10 , 11 with a pixel structure and the receiver signals are transmitted via the control unit 23 and the frame grabber 24 as pixel data to the computer. The computer uses a program that includes sub-pixel algorithms to calculate the size and position of the image images imaged on the receivers in a reference coordinate system. The subpixel algorithm uses the pixel coordinates and intensities of the light spots and calculates the center of gravity of a light beam, which necessarily illuminates several pixels of the detector. This works under the condition that the image transfer function, ie here the image of the self-illuminating object (pinhole) via the lens and the prism block in the plane of the CCD detector is sufficiently well known, in particular symmetrical. This can be assumed.

Abhängig von der Größe und der Position der über die Empfänger 9, 10, 11 erfaßten Justierbilder wird die relative Lage jedes Detektors bzw. Empfängers zur Bildebene berechnet. Aus der Größe der Bilder kann auf die Fokuslage geschlossen werden, wodurch uner wünschte Kippungen im Strahlengang erkannt und zumin dest in gewissem Maße beseitigt werden können (Kipp fehlerausgleich).Depending on the size and position of the adjustment images acquired via the receivers 9 , 10 , 11 , the relative position of each detector or receiver to the image plane is calculated. From the size of the images, the focus position can be deduced, whereby undesired tilting in the beam path can be recognized and at least to a certain extent eliminated (tilting error compensation).

Die Abbildung eines einzelnen Justierbildes gestattet das Erkennen der Lage der CCD-Detektoren in x- und y- Richtung zueinander und es kann festgestellt werden, ob die Detektoren richtig positioniert sind. Mit der Hinzunahme eines zweiten und möglichst weit ent fernten weiteren Justierbildes wird zusätzlich eine mögliche und schädliche Drehung R(z) um die jeweilige optische Achse der CCD-Detektoren z(rot), z(blau), z(grün) (siehe Fig. 1) relativ zueinander erkannt. Die vom Computer 25 berechneten Koordinaten Δx und Δy sowie der Drehung R(z) werden durch die Justierstell elemente realisiert. Dabei kann über die Verstellelemente der Manipulatoren 19, 20, 21 manuell mit einer Auflösung von weniger als 5 µm längs der optischen Achse sowie mit einer Auflösung bis herab zu 0,2 µm quer zur optischen Achse jeder CCD-Detektor 9, 10, 11 verstellt werden. Außerdem ermöglichen die Ver stellelemente die feinfühlige Kippung der Detektoren um drei zueinander senkrechte Achsen. Der Justiervor gang kann auf dem Bildschirm 26 beobachtet werden.The image of a single adjustment image allows the position of the CCD detectors to be recognized in the x and y directions relative to one another and it can be determined whether the detectors are correctly positioned. With the addition of a second adjustment image that is as far away as possible, a possible and harmful rotation R (z) about the respective optical axis of the CCD detectors z (red), z (blue), z (green) (see FIG. 1) recognized relative to each other. The coordinates calculated by the computer 25 .DELTA.x and .DELTA.y and the rotation R (z) are realized by the Justierstell elements. Each of the CCD detectors 9 , 10 , 11 can be adjusted manually using the adjustment elements of the manipulators 19 , 20 , 21 with a resolution of less than 5 μm along the optical axis and with a resolution down to 0.2 μm transverse to the optical axis become. In addition, the adjustment elements enable the detectors to be tilted sensitively around three mutually perpendicular axes. The Justiervor gang can be observed on the screen 26 .

Für die Justierung wird zunächst ein erster Detektor auf ein Farbteilerprisma aufgebracht. Aus den Koor dinaten der Bilder des ersten Detektors ergeben sich die einzustellende relative Position und Orientierung der weiteren auf dem Farbteilerprisma anzubringenden Detektoren. Bei der Anbringung des ersten Detektors kann seine Lage zur Lage des die absolute Referenz bildenden Lichtbündels ausgerichtet werden.A first detector is used for the adjustment applied to a color splitter prism. From the Koor Dinates of the images of the first detector result the relative position and orientation to be set the other to be attached to the color splitter prism Detectors. When attaching the first detector its location can be the location of the absolute reference forming light beam are aligned.

Nachdem die Detektoren 9, 10, 11 zufriedenstellend relativ zu den Prismenendflächen und relativ zuein ander justiert wurden, werden sie schrittweise nach einander mit der Endfläche verklebt, wobei die Detek toren zur Erzielung eines Keilfehlerausgleichs auch verkippt um die Achsen x und y an die Farbteilerpris men angeklebt werden können. Zum Verkleben können eine Dosiervorrichtung für hoch-und/oder niedervisko sen Klebstoff und gegebenenfalls eine oder mehrere UV-Lichtquellen für die Aushärtung des Klebstoffs vorgesehen sein. Nachdem die Detektoren an den Pris men fixiert sind, werden die Manipulatoren von den Detektoren getrennt und können für den nächsten Ju stiervorgang verwendet werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht den ökonomischen Einsatz teurer, hochprä ziser und stabiler Manipulatoren.After the detectors 9 , 10 , 11 have been satisfactorily adjusted relative to the prism end faces and relative to each other, they are gradually glued to the end face one after the other, the detectors also being tilted about the axes x and y to the color splitting prisms to achieve wedge error compensation can be glued. A dosing device for high-viscosity and / or low-viscosity adhesive and optionally one or more UV light sources for the curing of the adhesive can be provided for bonding. After the detectors are fixed to the prisms, the manipulators are separated from the detectors and can be used for the next adjustment process. This procedure enables the economical use of expensive, highly precise and stable manipulators.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, daß für die Justierung der Festkörperdetektoren die Kontrolle der Überdeckung der Farbauszugbilder von mit weißem Licht beleuchteten Justierstrukturen durchgeführt wird, d. h. die Detektorpositionen werden mit den Lichtbündeln referenziert. Da die Justierung in den drei Farbkanälen mit Licht der entsprechenden Schwer punktwellenlänge erfolgen muß, wird für die Beleuch tung der Justierblende das weiße Licht benutzt. Da die zu montierenden optischen Elemente ortsauflösende Flächen- oder Liniendetektoren sind, enthalten die Signale der Empfänger Informationen über die Relativ lage derselben. Werden die Signale elektrisch über lagert, so läßt sich auf dem Monitor mindestens ein Farbbild rekonstruieren, dessen Farbsaumfreiheit ein Maß für den Justierzustand ist. Um jedoch Über deckungsgenauigkeiten im Subpixelbereich zu errei chen, wobei eine Justierunsicherheit mit etwa 0,1 Pixel gefordert wird, reicht die visuelle Beobachtung nicht aus. Daher werden die elektrischen Signale der Bilddetektoren in die Kanäle eines bekannten handels üblichen pixelsynchron arbeitenden Framegrabbers ein gespeist, die Daten in den Rechner eingelesen und die Position und die Größe der Lichtbündel auf den ein zelnen Detektoren mit Subpixelgenauigkeit berechnet. Damit die hohe Meßgenauigkeit erreicht wird, müssen die Bilder der Justierstrukturen auf den CCD-Detekto ren eine Ausdehnung über mehrere Pixel aufweisen. Durch die Wahl von Kreisflächen als Justierstrukturen wird eine Punktbestimmung durch einen zweistufigen Subpixelalgorithmus möglich. Die Größe der Justier strukturen bzw. -marken ist an den Subpixelalgorith mus und an die Abbildungsoptik angepaßt.An essential idea of the invention is that for the adjustment of the solid state detectors the control the covering of the color separation images of with white Light-lit adjustment structures performed will, d. H. the detector positions are with the Beams of light referenced. Since the adjustment in the three color channels with light of the corresponding gravity point wavelength must be used for lighting used the white light. There the optical elements to be assembled are spatially resolved Surface or line detectors are included Signals the receiver information about the relative location of the same. Are the signals electrical over stores, so you can at least on the monitor Reconstruct color image, its freedom from color fringing Measure of the adjustment state is. However, to to achieve registration accuracy in the sub-pixel range chen, with an adjustment uncertainty of about 0.1 If pixels are required, visual observation is sufficient not from. Therefore, the electrical signals of the Image detectors in the channels of a well-known trade the usual pixel-synchronized frame grabber fed, the data read into the computer and the Position and size of the light beam on the one individual detectors are calculated with sub-pixel accuracy. In order for the high measuring accuracy to be achieved the images of the alignment structures on the CCD detector extend over several pixels. By choosing circular areas as adjustment structures is a point determination by a two-stage Subpixel algorithm possible. The size of the adjustment structures or marks is attached to the subpixel algorithm mus and adapted to the imaging optics.

Um eine bezüglich der Rotation der CCD-Empfänger um die optische Achse empfindliche Positionsmessung zu ermöglichen, sind die Signale von mindestens zwei Justiermarkenbildern auszuwerten.To make one regarding the rotation of the CCD receiver the optical axis sensitive position measurement enable, the signals are from at least two Evaluate alignment mark images.

Die beispielsweise in Fig. 2 verwendete Blende 17 ist so gestaltet, daß sie zwei in ihren Abmessungen un terschiedliche Arten von lichtdurchlässigen Bereichen hat, einerseits Öffnungen (mit zum Beispiel einem Durchmesser von 0,1 mm), deren Bilder Abmessungen von nur wenigen Pixeln haben, und Öffnungen, deren Abbil dungen Abmessungen zwischen 20 und 50 Pixeln haben. Grundsätzlich werden die kleinen Öffnungen für die Lagebestimmung der Schärfeebene benötigt, die großen Öffnungen dienen der oben erwähnten Subpixelauswer tung. Die Justierbilder, die durch die kleinen Öff nungen gebildet werden, werden somit benutzt, um durch Kontrolle des Erreichens minimaler Abmessungen der Bilder das Erreichen des Fokussierzustandes für jede Öffnung und somit auch die Parallelität von Bildebene und Detektorebene festzustellen. Bei Errei chen des Schärfentiefenbereichs sind dabei nur ein oder einige wenige Pixel ausgeleuchtet. Bei Anordnung mehrerer kleiner Öffnungen, zum Beispiel in den vier Ecken des Bildes, kann aus den eventuell unterschied lichen Schärfezuständen pro Einzelbild der jeweiligen kleinen Öffnung auf eine ungenügende Justierung des Prismenverteilerblocks in sich oder auf eine Verkip pung der Pixelebene im Detektor zu seinem Fenster geschlossen werden. In diesem Fall ist zu entschei den, ob eine vermittelnde Justierung die Toleranz erfüllt oder ob der Prismenblock bzw. der CCD-Detek tor als Ausschuß zu betrachten ist. Die Bilder der größeren Öffnungen werden benutzt, um die Ausrichtung der Detektoren in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse, das heißt die Überdeckungsgenauigkeit der De tailbilder einjustieren zu können. Dazu werden die Koordinaten der Justiermarken berechnet.The aperture 17 used, for example, in FIG. 2 is designed so that it has two dimensions of different types of translucent areas, on the one hand openings (for example with a diameter of 0.1 mm), the images of which have dimensions of only a few pixels , and openings whose images have dimensions between 20 and 50 pixels. Basically, the small openings are required for determining the position of the focus plane, the large openings serve the sub-pixel evaluation mentioned above. The adjustment images, which are formed by the small openings, are thus used to determine the attainment of the focusing state for each opening and thus also the parallelism of the image plane and detector plane by checking that the dimensions of the images have been reached. When the depth of field is reached, only one or a few pixels are illuminated. If several small openings are arranged, for example in the four corners of the image, it can be concluded from the possibly different sharpness states per individual image of the respective small opening that the prism distributor block is not adequately adjusted or that the pixel plane in the detector is tilted to its window . In this case it must be decided whether a mediating adjustment fulfills the tolerance or whether the prism block or the CCD detector is to be considered as a committee. The images of the larger openings are used in order to be able to adjust the alignment of the detectors in a plane perpendicular to the optical axis, that is to say the overlap accuracy of the detail images. The coordinates of the alignment marks are calculated for this.

Das Programm des Computers 25 ist so ausgelegt, daß für die Justierbilder nicht nur die Zahlenwerte der Pixelkoordinaten angezeigt, sondern auch die Ablagen der Justiermarkenmittelpunkte innerhalb eines vor wählbaren Toleranzkreises bildlich dargestellt wer den. Das Erreichen des Justageendpunktes bzw. zeitli che Änderungen des Justierzustandes können so visuell verfolgt werden. Außerdem kann auch gezielt ein ge wünschter Pixeloffset eingestellt werden. Der soge nannte Pixeloffset kann notwendig sein, wenn die Ver arbeitung der Bilder in der Kameraelektronik nicht genügend synchron, d. h. in ungenügend übereinstimmen der Echtzeit pro Farbkanal erfolgt. Wenn das der Fall ist, kann die Anordnung abhelfen, indem die CCD-De tektoren gewissermaßen bewußt um kleine vorausberech nete Beträge Δx und Δy verschoben angeordnet werden. Weiterhin kann der Pixeloffset genutzt werden, um eine zusätzliche Erhöhung der Auflösung zu erreichen, wozu die CCD-Detektoren um einen kleinen Betrag zu einander zu verschieben sind. Üblicherweise wird bei Beginn des Justiervorganges eine Grobjustierung quer zur optischen Achse vorgenommen, wobei in oben be schriebener Weise die Justierbilder als Farbauszug bilder der Justierblende auf dem Monitor dargestellt werden. Dabei kann die grobe Verschiebung über die Manipulatoren in bezug auf die Fokussierung visuell beobachtet werden. The program of the computer 25 is designed so that not only the numerical values of the pixel coordinates are displayed for the adjustment images, but also the filing of the alignment marks center points within a selectable tolerance circle before who the. The reaching of the end point of the adjustment or changes in the adjustment state over time can thus be visually monitored. In addition, a desired pixel offset can also be set in a targeted manner. The so-called pixel offset may be necessary if the processing of the images in the camera electronics is not sufficiently synchronous, ie the real-time per color channel does not match sufficiently. If this is the case, the arrangement can remedy by deliberately arranging the CCD detectors to a certain extent deliberately shifted by small amounts Δx and Δy. Furthermore, the pixel offset can be used to achieve an additional increase in resolution, for which purpose the CCD detectors have to be shifted towards one another by a small amount. Usually, at the start of the adjustment process, a rough adjustment is made transversely to the optical axis, the adjustment images being displayed as color separation images of the adjustment aperture on the monitor in the manner described above. The rough shift can be visually observed with the manipulators in relation to the focus.

Im in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Manipulatoren manuell verstellt. Es ist jedoch auch denkbar, daß eine mit den Verstellelementen der Manipulatoren verbundene Steuervorrichtung vorgesehen ist, die abhängig von den mit dem Computer berechne ten Werten für die Position und Lage der Detektoren Steuersignale an die Antriebsvorrichtungen, bei spielsweise Motoren der Verstellelemente liefert. Dabei kann der Computer 25 selbst die Steuervorrich tung sein, so daß eine automatische computergesteuer te Justierung realisiert werden kann.In the exemplary embodiment described in FIG. 2, the manipulators are adjusted manually. However, it is also conceivable that a control device is provided which is connected to the adjusting elements of the manipulators and which, depending on the values for the position and position of the detectors calculated with the computer, supplies control signals to the drive devices, for example motors of the adjusting elements. The computer 25 itself can be the Steuerervorrich device, so that an automatic computer-controlled te adjustment can be realized.

Schließlich sei auf einen weiteren Justierablauf hin gewiesen. Es ist auch denkbar, daß zunächst der Pris menblock nur teilweise aufgebaut wird und die CCD- Detektoren an ihre Prismen vorab gefügt bzw. in der Justiervorrichtung mittels der Greifer gehaltert wer den. Somit sind zumindest zwei Justierstellen für einen Farbkanal vorhanden: einerseits innerhalb des Prismenblocks und andererseits zwischen CCD-Detektor und Abschlußprisma. Bei mehreren zu justierenden CCD- Detektoren erhöht sich entsprechend die Anzahl der Justierstellen. Die Justierung wird dann so vorgenom men, daß in einem ersten Schritt durch Verschieben längs der Verbindungsfläche zweier Prismen für einen Farbkanal die reduzierte optische Länge eingestellt wird. Dabei wird sich im Normalfall der Austritts punkt des Justierlichtbündels aus der Prismenendfläche ändern, so daß eine Nachjustierung des CCD-Emp fängers senkrecht zur optischen Achse notwendig wird.Finally, a further adjustment procedure is indicated pointed. It is also conceivable that the Pris menu block is only partially built and the CCD Detectors added to their prisms in advance Adjustment device held by the gripper who the. Thus at least two adjustment points are for a color channel available: on the one hand within the Prism blocks and on the other hand between CCD detector and final prism. With several CCD to be adjusted The number of detectors increases accordingly Adjustment points. The adjustment is then made in this way men that in a first step by moving along the connecting surface of two prisms for one Color channel set the reduced optical length becomes. This will normally be the exit point of the adjustment light beam from the prism end face change so that a readjustment of the CCD-Emp catcher perpendicular to the optical axis is necessary.

Der Justiervorgang wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. The adjustment process is described below with reference to FIG. 2.

In einem ersten Schritt wird die Lage der Bildebene relativ zur Austrittsfläche des Farbkanals blau 1, 9 ermittelt und bei Notwendigkeit durch Verschieben des Abbildungsobjektivs 18 so eingestellt, daß die für die vollflächige Verklebung benötigte Klebschicht dicke zwischen Fenster des Detektors 9 und Farbteile rendfläche 1 des Prismas den zulässigen Maximalwert nicht übersteigt. Dann wird Detektor 9 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet und ver klebt. Bei im Vergleich mit Farbkanal 1, 9 gleich ein gestelltem Abstand zwischen Austrittsfläche des Pris mas 2 und Detektorebene 10 wird durch gleichzeitiges Verschieben von Prisma 2 und Detektor 10 parallel zur Verbindungsfläche Prisma 1/Prisma 2 die Lage (Posi tion längs der optischen Achse) der Bildebene des Farbkanals 2, 10 so eingestellt, daß sie mit der Ebe ne des Detektors 10 zusammenfällt. Nach der Korrektur der Detektorebenenorientierung wird der Detektor 10 hinsichtlich der Positionierung in einer zur opti schen Achse senkrechten Ebene ausgerichtet und bei Einhaltung der vorgegebenen Klebstoffschichtdicke an die Prismenendfläche angeklebt. Danach erfolgt die Positionierung von Prisma 3 und Ebene des Detektors 11 an den entsprechenden Abstand im Farbkanal 1, 9 angepaßt. Anschließend wird durch Verschieben der Gruppe Prisma 3/Detektor 11 die effektive optische Länge so eingestellt, daß Bildebene des Farbkanals 3, 11 und Ebene des Detektors 11 zusammenfallen. Nach der vollflächigen Klebung von Prisma 3 mit Prisma 2 erfolgt die Ausrichtung des CCD-Empfängers 11 relativ zu Detektor 10 und anschließend die Klebung des De tektors 11. Der verwendete Klebstoff ist hierbei ein dünnflüssiger, durch UV-Strahlung aushärtbarer Kleb stoff. In a first step, the position of the image plane relative to the exit surface of the blue color channel 1 , 9 is determined and, if necessary, adjusted by moving the imaging lens 18 so that the adhesive layer required for full-surface gluing thickness between the window of the detector 9 and color parts end face 1 of the prism does not exceed the permissible maximum value. Then detector 9 is aligned in a plane perpendicular to the optical axis and sticks ver. When compared with color channel 1 9 is equal to a gestelltem distance between exit face of the Pris mas 2 and detector plane 10 by simultaneously moving prism 2 and detector 10 parallel to the connecting surface prism 1 / prism 2, the position (posi tion along the optical axis) of the Image plane of the color channel 2 , 10 set so that it coincides with the level ne of the detector 10 . After the correction of the detector plane orientation, the detector 10 is aligned with regard to the positioning in a plane perpendicular to the optical axis and adhered to the prism end face while maintaining the predetermined adhesive layer thickness. The prism 3 and the plane of the detector 11 are then adjusted to the corresponding distance in the color channel 1 , 9 . The effective optical length is then adjusted by moving the group prism 3 / detector 11 such that the image plane of the color channel 3 , 11 and the plane of the detector 11 coincide. After the full-surface gluing of prism 3 with prism 2 , the alignment of the CCD receiver 11 takes place relative to the detector 10 and then the gluing of the detector 11 . The adhesive used is a thin, UV-curable adhesive.

In dem beschriebenen Beispiel werden die durch die Fertigungstoleranzen bedingten Unterschiede der ef fektiven optischen Länge in den Farbkanälen durch die Prismen selbst kompensiert. Es können jedoch auch in ihrer Dicke veränderbare Keilpaare aus optischem Glas verwendet werden.In the example described, the Manufacturing tolerances due to differences in ef fective optical length in the color channels through the Prisms compensated themselves. However, it can also be in wedge pairs of optical glass that can be changed in thickness be used.

Obwohl diese Modifikation der Justierapparatur und des Justierablaufs aufwendig erscheint, bietet sie den Vorteil, daß die Fehler durch mangelhaft gefügte Prismenblöcke kompensiert werden können, da die redu zierte optische Länge für jeden Kanal messend einge stellt werden kann. Letztendlich ist eine wirtschaft lich geprägte Entscheidung zu fällen, ob aufwendige Präzisions-Prismenblocks beschafft werden, um die Justierung kostengünstig zu gestalten oder ob billi gere Prismenblocks eingesetzt werden sollen, wodurch sich erwartungsgemäß der Justieraufwand erhöht.Although this modification of the adjustment apparatus and of the adjustment process appears complex, it offers the advantage that the errors caused by poorly Prism blocks can be compensated because the redu adorned optical length for each channel can be put. Ultimately it is an economy to make a decision based on whether it is complex Precision prism blocks are procured to the Adjustment inexpensively or whether billi gere prism blocks are to be used, whereby the adjustment effort increases as expected.

Claims

1. Procedure for adjusting and assembling an opti the color splitter system, in which at least two Solid state detectors with a line or flat Chen-shaped pixel structure in relation to mind at least two color splitter prisms positioned and be connected to the color splitter prisms,

characterized by

that at least one beam of light on the color part ler prisms split into reference light beams and to the solid state detectors,

that the image of the on each solid state detector shown reference light beam in the form of Pi xel data are supplied to a computer which calculates the image coordinates of each image and

that the size and position of the pictures are together which are compared and if necessary the Positions of the solid-state detectors relative to each other and / or to the color splitter prisms be changed.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the image coordinates of each image under Calculated using a sub-pixel algorithm become.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that a variety of light beams as a variety of images with large and small Depth of field on the detectors that and that for each of the images on each de tector size and position can be calculated.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, because characterized in that first a first Detector mounted on a color splitter prism and that from the coordinates of the images of the first detector the relative position and Orientation of the others on the color divider Detectors to be attached to prisms determines who the.

5. The method according to claim 4, characterized in net that the location of the first detector to the location of an absolute reference, close to the optical axis extending light beam is judged.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, there characterized in that from reaching mi nimal size of the images on the focus position is closed and undesirable tilts in the Beam path can be recognized.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, there characterized in that the coordinates of the images captured by the detectors as numbers values and / or as a coordinate cross being represented.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, there characterized in that the relative position the solid-state detectors to each other in real time is represented graphically.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, there characterized in that the solid-state detector full or partial area with the colors divider prisms are glued.

10. The method according to claim 9, characterized in net that the detectors to achieve a Wedge error compensation tilted by the corresponding axes are glued.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the connection between prisms and detectors through full surface sticking the optically effective surfaces follows and which are due to manufacturing tolerances differences in the effective optical length in the color channels during installation by insert zen of wedge pairs that can be changed in thickness be compensated from optical glass.

12. The method according to claim 11, characterized in net that as adjustable wedge pairs from opti the prisms themselves serve, whereby Prisms and detectors in an order ju bull and with each other through full-surface Ver stick to be connected and being for everyone Color channel in a first step by ver slide the corresponding prism opposite the previous prism along the junction area of both first the reduced optical Length is set so that the detector in is in direct contact with the prism end face and in a second step by the previous This adjustment caused lateral swings the bundle exit point by a cross displacement of the detector is compensated.

13. Device for adjusting and mounting an optical color splitter system, which has at least two color splitter prisms and at least two solid-state detectors to be connected to the color splitter prisms, which are provided with linear or surface-shaped picture elements, characterized by a lighting arrangement ( 14 ) for generating an adjusting light beam , An imaging lens ( 18 ) and a device for splitting the adjustment light beam into a plurality of reference light beams, which are directed at the detectors, where the color splitter prisms ( 1 , 2 , 3 ) themselves form the device for splitting the adjustment light beam, the detectors ( 9 , 10 , 11 ) assigned and holding these manipulators ( 19 , 20 , 21 ) which have a plurality of positioning degrees of freedom and a calculation device ( 22 ) which is connected to the detectors ( 9 , 10 , 11 ), and receives the pixel data of the reference light beam imaged on the detectors and determines the size and position of the images of the reference light bundle and / or the position and orientation of the detectors relative to one another.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that between the lighting arrangement ( 14 ) and imaging lens ( 18 ) at least one diaphragm ( 17 ) with an adjustment structure, which is imaged on the detectors, is arranged.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the diaphragm ( 17 ) is a pinhole with a plurality of holes of different diameters.

16. The device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the calculation device ( 22 ) is associated with an image display ( 26 ), the coordinates of the on the detectors ( 9 , 10 , 11 ) shown as adjustment images reference light bundles as numerical values and / or displays as graphical images.

17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that the calculation device ( 22 ) is connected to a control and regulating device, which in turn is connected to the manipulators ( 19 , 20 , 21 ) and that depends on the by the calculation device ( 22 ) calculated relative positions between the detectors and / or the Farbtei ler prisms and / or depending on the sizes and positions of the adjustment images, the manipulators can be controlled.

18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that the calculation device has a frame grabber ( 24 ) which samples the image signals of the detectors ( 9 , 10 , 11 ) as pixel data in a pixel-synchronous manner.

19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that the manipulators ( 19 , 22 , 21 ) each have a two-jaw gripper with a conical support point.

20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that a dosing device device for high and / or low viscosity adhesive and when using a UV curable adhesive a UV radiation source are provided.

21. Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that three color divider prisms ( 1 , 2 , 3 ) each have different lengths and three detectors assigned to them Solid State ( 9 , 10 , 11 ) form the color divider system.