DE19846143A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Justierung und Montage von Farbteilersystemen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justierung und Montage eines optischen Farbteilersystems vorgeschlagen, bei dem mindestens zwei Festkörperdetektoren mit einer linien- oder flächenförmigen Pixelstruktur in bezug auf eine Einheit, bestehend aus mindestens zwei Farbteilerprismen, positioniert und mit den Farbteilerprismen verbunden werden. Dabei wird mindestens ein Lichtbündel an den Farbteilerprismen in Bezugslichtbündel aufgespalten und auf die Festkörperdetektoren geleitet. Das Bild bzw. die Bilder des auf jedem Festkörperdetektor abgebildeten Bezugslichtbündels werden in Form von Pixeldaten an einen Rechner geliefert, der die Bildkoordinaten jedes Bildes unter Verwendung eines Subpixelalgorithmus berechnet. Die Größe und Position der Bilder werden miteinander verglichen und gegebenenfalls werden die Positionen der Festkörperdetektoren relativ zueinander und/oder zu den Farbteilerprismen verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Justierung und Montage von Farbteilersy­ stemen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprü­ 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

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:

Fig. 1 einen Aufbau eines Farbteilerprismen- Festkörperdetektorkopfes nach dem Stand der Technik, und

Fig. 2 einen schematischen Aufbau der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

Um eine bezüglich der Rotation der CCD-Empfänger um die optische Achse empfindliche Positionsmessung zu ermöglichen, sind die Signale von mindestens zwei Justiermarkenbildern auszuwerten.

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.

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.

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.

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.

Der Justiervorgang wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

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 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.

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.

Claims (25)

1. Verfahren zur Justierung und Montage eines opti­ schen Farbteilersystems, bei dem mindestens zwei Festkörperdetektoren mit einer linien- oder flä­ chenförmigen Pixelstruktur in bezug auf minde­ stens zwei Farbteilerprismen positioniert und mit den Farbteilerprismen verbunden werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens ein Lichtbündel an den Farbtei­ lerprismen in Bezugslichtbündel aufgespalten und auf die Festkörperdetektoren geleitet werden,

daß das Bild des auf jedem Festkörperdetektor abgebildeten Bezugslichtbündels in Form von Pi­ xeldaten an einen Rechner geliefert werden, der die Bildkoordinaten jedes Bildes berechnet und

daß die Größe und Position der Bilder miteinan­ der verglichen werden und gegebenenfalls die Positionen der Festkörperdetektoren relativ zu­ einander und/oder zu den Farbteilerprismen ver­ ändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bildkoordinaten jedes Bildes unter Verwendung eines Subpixelalgorithmus berechnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Lichtbündeln als Vielzahl von Bildern mit großer und kleiner Schärfentiefe auf die Detektoren abgebildet wer­ den und daß für jedes der Bilder auf jedem De­ tektor Größe und Position berechnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zunächst ein erster Detektor auf einem Farbteilerprisma angebracht wird und daß aus den Koordinaten der Bilder des ersten Detektors die relative Position und Orientierung der weiteren auf den Farbteiler­ prismen anzubringenden Detektoren bestimmt wer­ den.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lage des ersten Detektors zur Lage des eine absolute Referenz bildenden, nahe der optischen Achse verlaufenden Lichtbündels ausge­ richtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß aus dem Erreichen mi­ nimaler Größe der Bilder auf die Fokuslage ge­ schlossen wird und unerwünschte Kippungen im Strahlengang erkannt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der von den Detektoren erfaßten Bilder als Zahlen­ werte und/oder als Koordinatenkreuz bildlich dargestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Relativposition der Festkörperdetektoren zueinander in Echtzeit graphisch dargestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Festkörperdetekto­ ren voll flächig oder teilflächig mit den Farb­ teilerprismen verklebt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Detektoren zur Erzielung eines Keilfehlerausgleichs verkippt um die entspre­ chenden Achsen verklebt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwi­ schen den Prismen und Detektoren durch vollflä­ chiges Kleben der optisch wirksamen Flächen er­ folgt und die durch Fertigungstoleranzen beding­ ten Unterschiede der effektiven optischen Länge in den Farbkanälen bei der Montage durch Einset­ zen von in ihrer Dicke veränderbaren Keilpaaren aus optischem Glas kompensiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß als verstellbare Keilpaare aus opti­ schem Glas die Prismen selbst dienen, wobei Prismen und Detektoren in einer Reihenfolge ju­ stiert und miteinander durch vollflächiges Ver­ kleben verbunden werden und wobei für jeden Farbkanal in einem ersten Schritt durch Ver­ schieben des entsprechenden Prismas gegenüber dem vorhergehenden Prisma längs der Verbindungs­ fläche beider zuerst die reduzierte optische Länge so eingestellt wird, daß der Detektor in direktem Kontakt zur Prismenendfläche steht und in einem zweiten Schritt das durch die vorherge­ hende Justierung verursachte seitliche Auswan­ dern des Bündelaustrittspunktes durch eine Quer­ verschiebung des Detektors kompensiert wird.

13. Vorrichtung zum Justieren und Montieren eines optischen Farbteilersystems, das mindestens zwei Farbteilerprismen und mindestens zwei mit den Farbteilerprismen zu verbindende Festkörperde­ tektoren aufweist, die mit linien- oder flächen­ förmig angeordneten Bildelementen versehen sind, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsanordnung (14) zur Erzeugung eines Justierlichtbündels, ein Abbildungsobjek­ tiv (18) und eine Vorrichtung zum Aufspalten des Justierlichtbündels in mehrere Bezugslichtbün­ del, die auf die Detektoren gerichtet sind, wo­ bei die Farbteilerprismen (1, 2, 3) selbst die Vorrichtung zum Aufspalten des Justierlichtbün­ dels bilden, den Detektoren (9, 10, 11) zugeord­ nete und diese haltende Manipulatoren (19, 20, 21), die eine Mehrzahl von Positionier­ freiheitsgraden aufweisen und eine Berechnungs­ einrichtung (22), die mit den Detektoren (9, 10, 11) verbunden ist, und die Pixeldaten der auf den Detektoren abgebildeten Bezugslichtbün­ del empfängt und Größe und Position der Bilder der Bezugslichtbündel und/oder die Position und Orientierung der Detektoren relativ zueinander bestimmt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Beleuchtungsanordnung (14) und Abbildungsobjektiv (18) mindestens eine Blende (17) mit einer Justierstruktur, die auf den Detektoren abgebildet wird, angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blende (17) eine Lochblende mit einer Mehrzahl von Löchern unterschiedlicher Durchmesser ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsein­ richtung (22) eine Bildanzeige (26) zugeordnet ist, die die Koordinaten der auf den Detektoren (9, 10, 11) als Justierbilder abgebildeten Bezugs­ lichtbündel als Zahlenwerte und/oder als graphi­ sche Bilder anzeigt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsein­ richtung (22) mit einer Steuer- und Regelein­ richtung verbunden ist, die ihrerseits mit den Manipulatoren (19, 20, 21) verbunden ist und daß abhängig von den von der Berechnungseinrichtung (22) berechneten Relativpositionen zwischen den Detektoren untereinander und/oder den Farbtei­ lerprismen und/oder abhängig von den Größen und Positionen der Justierbilder die Manipulatoren ansteuerbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsein­ richtung einen Framegrabber (24) aufweist, der die Bildsignale der Detektoren (9, 10, 11) als Pixeldaten pixelsynchron abtastet.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoren (19, 22, 21) jeweils einen Zweibackengreifer mit kegelförmigem Unterstützungspunkt aufweisen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosiervorrich­ tung für hoch- und/oder niederviskosen Klebstoff und bei Verwendung eines UV- aushärtbaren Kleb­ stoffs eine UV-Strahlungsquelle vorgesehen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß drei Farbteilerpris­ men (1, 2, 3) jeweils für unterschiedliche Wellen­ längen und drei ihnen zugeordnete Festkörperde­ tektoren (9, 10, 11) das Farbteilersystem bilden.