用于测试影像传感器的调整状态的装置及方法与流程

本案涉及一种用于测试影像传感器的调整状态的装置及一种测试影像传感器的调整状态的方法。

背景技术：

1、现有技术中已知有各种主动对准摄影机模块的方法。其中，主动对准(activealignment)是在生产过程中实施。完成制造过程后，有必要检查摄影机系统的对准质量。举例来说，对准可能会受到制造步骤的负面影响，如将光学器件与传感器固定在一起的黏合剂硬化不均匀，但也可能受到机械作用或温度效应的不利影响。在许多情况下，需要用简单的测试影像设备测试已制成的摄影机模块，并确定其是否符合规定的清晰度标准。

技术实现思路

1、在此背景下，本案提出一种用于测试影像传感器的调整状态的装置及一种测试影像传感器的调整状态的方法。由以下描述得出有利的技术方案。

2、本案所提出的装置与方法，对改善摄影机的影像传感器与相关光学器件有关的调整状态的检查是有利的。可以定量地确定有可能导致清晰度下降的机械倾斜或传感器错位的程度。

3、提出一种用于测试摄影机模块的影像传感器的调整状态的装置，其中该装置具有以下特征：

4、第一光学装置，具有可由第一光源照射且可沿第一光轴移动的第一光学组件，

5、第二光学装置，具有可由第二光源照射且可沿第二光轴移动的第二光学组件，其中第二光学装置(例如在径向上)与第一光学装置隔开布置，并且第一光轴与第二光轴有一个交点，其中被测试的摄影机模块可布置在交点区域内，以及评估装置，被设计用来读入位置信息，该位置信息代表第一及第二光学组件在特定时间点上被侦测到的位置，以及读入影像信号，该影像信号代表影像传感器在特定时间点上侦测到的影像信息，其中评估装置被设计为使用影像信号以及替代性或附加性地使用位置信息来为每个侦测到的位置分配影像信息，以确定摄影机模块的调整状态。

6、举例而言，本案所提出的装置可例如在摄影机的制造过程结束时被用来在相关光学器件方面对摄影机的影像传感器进行检查。在组装后检查摄影机对准时，一个重要的测量参数可能是光学器件的像平面与传感器平面之间的倾斜程度，该倾斜程度对像场中的清晰度分布或对比度分布有影响。其中，可藉由光学装置例如用准直光照射例如可由光学器件与传感器组成的被测试摄影机模块。该照射既可在与试样(即被测试摄影机模块)的光轴平行的轴向位置进行，又可在一个或多个离轴位置进行。为了能在摄影机系统完成组装后有利地定量判断出传感器的机械倾斜程度或散焦程度，可将又称为「准直器」的可聚焦光学装置与本案所提出的装置一起使用。对于纯轴向聚焦，一个光学装置就够了。若要确定像平面在一个方向上的倾斜，则还需要一个离轴光学装置。需要至少一个其他的离轴光学装置，该光学装置不得与轴向光学装置及第一离轴光学装置沿一条线布置，以确定被测试光学系统的像平面在两个方向上的倾斜。为了增加测量位置的数量，并获得关于像平面曲率的额外信息，可增加更多的离轴光学装置。确定试样像平面的空间位置是本发明的一个有利应用。为了提高可读性，在进一步的描述过程中将提到第一及第二光学装置。藉由使光学组件在光学装置内部移行或移动，可在不同的表观物距上对测试对象进行成像。为此，光学组件例如可分别被设计成一个可沿着相关光学装置的光轴移动的分划板(标线片)，以便能实施聚焦程序。

7、其中，可以近似地考虑到光学组件在光学装置内部的移动δzoe与测量点在被测试摄影机系统的像平面内的z向位置δzk之间的以下关系：

8、δzk＝fk2/foe2×δzoe

9、其中fk是被测试摄影机系统的光学器件的焦距，foe是光学组件的焦距。

10、其中重要的是，将z向位置(可由分划板在光学装置中的位置确定)例如与具体的影像对比度值(例如作为投影单影像的调制传递函数(mtf值))明确地联系起来。藉由本案所提出的装置能有利地以快速且高度准确的方式建立此种联系。在此情况下，该装置被设计用来处理试样所侦测到的影像信息，即例如物体边缘的细节对比度与同一物体的影像呈现(bildliche darstellung)的细节对比度之间可由mtf值描述的比较。为此，该装置包括评估装置，该评估装置被设计为使用影像信号以及替代性或附加性地使用位置信号来为光学组件的每条被侦测到的位置信息分配影像信息，例如mtf值，以确定摄影机模块的调整状态。藉此，可以有利地使被记录下来的影像信息与光学组件在光学装置中的位置同步。

11、根据一种实施方式，该装置可包括影像抓取电路(bildfangschaltung)，该影像抓取电路可被设计用来根据光学组件的位置控制或读出影像传感器，并且可被设计用来提供影像信号。又称为「帧抓取器」的影像抓取电路例如可以是用于将模拟影像信号数字化或用于读出数字影像数据的电子电路。其中，影像抓取电路可以附加性或替代性地被设计用来将摄影机模块连接到各种不同的系统。亦即，该装置例如可被设计成能够藉助于影像抓取电路来处理影像传感器所侦测到的影像信息。其中，影像抓取电路例如可被设计为透过接口向评估装置提供影像信号。作为补充方案或替代方案，影像抓取电路可例如以能够传输信号的方式连接或可连接到用于控制光学装置的控制装置。换言之，影像抓取电路(帧抓取器)的作用是对传感器所侦测到的影像信息进行进一步的电子处理或传输。

12、根据另一实施方式，该装置可包括用于控制第一光学组件及第二光学组件的控制装置。其中，控制装置可被设计用来提供位置信息。举例来说，所有的光学装置，更准确地说是它们的马达控制器或移动驱动器，皆可以电子方式与控制单元并联连接。每个光学装置又可例如具有位置编码器，藉由该位置编码器可以确定各光学组件的确切位置。各光学组件的移动可有利地透过控制装置与其他光学组件进行最佳协调。此外，控制装置可被设计为使用位置信息来提供相关位置。藉此可有利地优化位置与影像信息的同步。

13、根据另一实施方式，该装置可被设计为在特定时间点上将第一及第二光学组件布置成使得光学组件的中间影像处于同一个平面(中间像平面)内。这些中间影像被映像到被测试光学系统的像平面中。第一光学装置的第一光学组件例如可从第一开始位置移动到第一结束位置。相应地，第二光学装置的第二光学组件可从第二开始位置移动到第二结束位置。其中，光学组件的中间影像从第一共同表观物平面移动到第二共同表观物平面。其中，第一表观物平面与第一及第二开始位置相关，第二表观物平面与第一及第二结束位置相关。其中，在第一物平面与第二物平面之间，可以有数量可变的多个预定义的其他物平面可供穿过。当然，此种关系亦适用于沿光学组件轨迹的所有可想象的平面。其中，第一光学组件及第二光学组件的速度剖面可相互协调，使所有光学组件的中间影像总是可同时布置在预定义的物平面中。藉此可有利地规定一条轨迹，光学组件可沿该轨迹移动或移动。

14、根据另一实施方式，该装置可具有第三光学装置，第三光学装置具有可被第三光源照射且可沿第三光轴移动的第三光学组件。其中，第三光学装置可以(例如在径向上)与第一及第二光学装置隔开布置，并且第三光轴可与第一及第二光轴有一个交点，其中被测试的摄影机模块可布置在交点区域内。举例而言，对光学组件的照射既可在第一光学装置的轴向位置进行，与试样的光轴平行，亦可在多个离轴位置进行。理想情况下，三个光学组件不在一个平面内，使得投影在摄影机模块中的像素形成一个角度位置可测定的像平面。可以在光学组件的每个z向位置上测定三个场位中每一个上的固定空间频率的对比度(mtf)值。测量结果可以是聚焦曲线，一种关于影像对比度与z向位置的函数关系的表示。根据三条曲线的最大值沿z方向的位置，可有利地推断出像平面相对于传感器平面的倾斜程度，也可以最佳地测定散焦。在摄影机系统尚未固定连接的情况下，现在可藉由光学器件与传感器之间的主动对准来测定最佳聚焦位置。

15、使用三个光轴不在一个平面上的光学组件，对测定摄影机模块的像平面的倾斜特别有利。可以使用更多的光学组件来使测定更加精确并获得关于试样像场曲率的信息。

16、此外，还提出一种(例如使用本案所提出的装置的变体来)测试摄影机模块的影像传感器的调整状态的方法，其中该方法包括以下步骤：

17、沿第一光学装置的第一光轴移动可被第一光源照射的第一光学组件，其中第一光轴基本上对应于被测试摄影机模块的光轴，并且沿第二光学装置的第二光轴移动可被第二光源照射的第二光学组件，其中第二光学装置(例如在径向上)与第一光学装置隔开布置，并且第一光轴在摄影机模块的入瞳内部与第二光轴有一个交点，

18、读入位置信息，该位置信息代表第一光学组件及第二光学组件及第三光学组件及/或任一其他光学组件在特定时间点上被侦测到的位置，并且读入影像信号，该影像信号代表影像传感器在特定时间点上侦测到的影像信息，以及使用影像信号以及附加性或替代性地使用位置信息将位置分配给影像信息，以确定摄影机模块的调整状态。

19、举例而言，可以使用前述装置的变体来实施该方法，以检查摄影机的影像传感器与相关光学器件有关的调整状态。例如在摄影机的制造过程结束时进行此种检查，可能是有意义的。完成制造过程后，有必要检查摄影机系统的对准质量。举例来说，对准可能会受到制造步骤的负面影响，如将光学器件与传感器固定在一起的黏合剂硬化不均匀，但也可能受到机械作用或温度效应的不利影响。为了能在摄影机系统完成组装后定量判断出传感器的倾斜程度或影像传感器的散焦程度，可以有利地实施本案所提出的方法。此处所描述的方法一般旨在以较高的精度，即以尽可能低的时间偏移(延迟)及时间误差，为光学组件的每个位置直接分配相应的影像信号，或者说，旨在近乎同时获取影像信息及与此相关的光学装置的位置。这对于以最大精度(在μm范围内)测定最高影像对比度的位置是必要的。

20、根据一种实施方式，该方法可包括输出位置触发信号的步骤，以确定侦测第一光学组件的位置以及附加性或替代性地侦测第二光学组件的位置的时间点，其中可以响应位置触发信号而提供位置信息。举例来说，光学装置的被照射光学组件可从开始位置连续移动到结束位置。同时，光学组件的时间性连续影像可由试样藉由影像传感器记录下来。各影像信息(亦可被称为「帧」)例如可由影像抓取电路或帧抓取器处理。例如，此影像抓取电路可在完整记录下影像后立即输出位置触发信号。作为替代方案，可以在影像记录开始之时输出位置触发信号。代表影像信息的影像信号可与位置触发信号同时例如被提供给评估装置。位置触发信号例如可被输出到用于控制光学组件的控制装置。作为对位置触发信号的响应，可以使用位置信息将光学组件于此时间点上所处的位置提供给评估装置。藉此可有利地将影像信息作为光学组件的位置的函数来加以评估。换言之，帧抓取器与控制装置之间的直接同步可以改善测量过程，一方面可高速运行连续的聚焦程序，另一方面，影像位置与编码器位置之间不存在透过时间戳而建立的间接联系，而此种联系必然需要时间上线性的移动过程。影像记录的位置控制触发亦有助于实现非线性(加速)移动剖面。

21、根据另一实施方式，该方法可包括输出影像触发信号的步骤，以确定侦测影像信息的时间点，其中可以响应影像触发信号而提供影像信号。举例而言，光学组件可从开始位置连续移动到结束位置。一旦相应光学装置的光学组件或编码器到达预定义位置，遂可输出影像触发信号。举例来说，可以在到达非等距位置标记时，例如在0mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm及5.0mm等位置处输出影像触发信号。例如，可以在这些位置或其他预定义位置处将影像触发信号输出到影像抓取电路。同时可将位置信号提供给评估装置。作为对影像触发信号的响应，影像抓取电路可以控制影像记录过程的开始。随后可读出相关的影像信息并利用影像信号将其提供给评估装置。藉由评估装置，可将每条影像信息分配给光学组件的预定义位置。作为替代方案，例如可以暂时储存影像信息，聚焦程序结束时进行传输并分配给各位置。此步骤亦有利地允许将影像信息作为光学组件编码器位置的函数进行评估。

22、根据另一实施方式，该方法可包括储存影像信息以及附加性或替代性地储存第一及第二光学组件的位置的步骤。在第一变体中，在预定义时间点上响应位置触发信号而侦测到第一及第二光学组件各自的位置后储存该位置。在此变体中，大约在输出位置触发信号的同时，影像信息亦被储存。在第二变体中，在预定义时间点上响应影像触发信号而侦测到影像信息后储存该影像信息。在此变体中，大约在输出影像触发信号的同时，第一及第二光学组件各自的位置亦被储存。

23、根据另一实施方式，可以以第一速度移动第一光学组件，并且可以以不同于第一速度的第二速度移动第二光学组件及/或任一其他光学组件。举例来说，用于控制光学组件的控制装置可被设计为使得所有光学装置的光学组件的中间影像皆有利地同时位于同一物平面内。其中，第一光学装置的第一光轴基本上对应于被测试摄影机模块的光轴，第二光学装置及/或进一步的光学装置在径向上与第一光学装置隔开布置。这意味着，例如，第二光学装置的第二光学组件应以不同于第一光学组件的速度移动。在此情况下，例如可将所谓的主光学装置(例如与摄影机模块的光轴相对应的光学装置)的移动速度定为指导值，其余光学装置的速度则可藉由控制技术相应地匹配该指导值。其中，每一单个光学装置皆可包括各自的位置编码器，该位置编码器可在所谓的死循环控制中用于位置及速度控制。其中，各个光学装置的信号可以以电子方式并行传输到控制装置。由于光学组件位置与表观物平面(中间像平面)之间的关系是非线性的，因此可进一步有利地运行相应的速度剖面，以便在像空间内实现均匀的测量点分布。

24、根据另一实施方式，第一及第二速度可在任一时间点上皆具有大于0m/s的值。作为补充方案或替代方案，第一速度及第二速度及/或其他速度的时间特性可用非线性函数以数学方式来描述。在此情况下可有利地高速运行连续的聚焦程序，其中影像信息与光学组件位置之间不必透过时间戳来建立间接联系，而此种联系必然需要时间上线性的移动过程。

25、根据另一实施方式，该方法可包括提供移动信号的步骤，其中移动信号可代表关于光学组件可到达的位置的默认值，特别是，其中默认值可被保存为位置表。例如，一组或多组光学组件z向位置可被保存在控制单元中。各个z向位置可对应于不同的物平面，对于摄影机模块来说，光学组件的影像看似投影于这些物平面中。这些表观物平面亦被称为中间像平面。其中，第一光学组件及第二光学组件的速度剖面可有利地相互协调，使光学组件的全部影像总是同时位于预先定义的物平面内。举例而言，一组位置可以以位置表的形式进行转移，并且该等位置仍可以是等距或非等距的。藉此可有利地规定一条轨迹，光学装置的光学组件沿着该轨迹移动。

26、此方法可例如用软件或硬件或软件与硬件的混合形式例如实现在控制设备中。

27、同样有利的是一种具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，该程序代码可以储存在机器可读的载体或储存介质上，如半导体内存、硬盘内存或光学内存，并用于实施、实现和/或控制根据上述实施方式之一的方法的步骤，特别是当该程序产品或程序在计算机或装置上执行时。