Was diese Anwendung erfordert
Ein Bildverarbeitungssystem basiert auf dem Unterschied zwischen dem Licht, das Sie steuern, und dem Licht, das Sie nicht steuern. Die Beleuchtung ist bekannt – ein LED-Balken, ein Ringlicht, eine Laserlinie oder ein strukturiertes Muster bei einer definierten Wellenlänge – und alles andere ist Rauschen. Die Aufgabe des Filters besteht darin, das erste durchzulassen und das zweite zu unterdrücken, und zwar über das gesamte Sichtfeld und nicht nur auf der optischen Achse.
Daraus ergeben sich drei Anforderungen. Erstens muss das Durchlassband mit genügend Spielraum auf der Quellwellenlänge liegen, damit Produktionsstreuung und thermische Verschiebung den Peak nicht davon verschieben. Zweitens muss die Blockierung im gesamten restlichen Empfindlichkeitsbereich des Detektors tief genug sein, da in einer Werkstatt Tageslicht, Fluoreszenzflimmern und Infrarot von heißen Teilen vorhanden sind. Drittens muss der Filter den Winkelkegel akzeptieren, den das Objektiv liefert, ohne dass der Durchlassbereich driftet – und an diesem letzten Punkt versagen viele handelsübliche Filter stillschweigend.
Spezifikationen, die wir empfehlen
| Komponente | Typische Spezifikation | Warum |
|---|---|---|
| Bandpassfilter | FWHM 10–40 nm, zentriert auf die Beleuchtung, blockiert auf OD4 über den gesamten Detektorbereich | Isoliert die Quelle, ohne sie abzuschneiden, wenn sich das Licht mit der Temperatur ändert |
| Hartbeschichteter Filter | Dichter dielektrischer Stapel anstelle von gefärbtem Glas | Stabile Mittenwellenlänge und kein Ausbleichen bei kontinuierlicher Beleuchtung |
| Schutzfenster | Borosilikat oder Quarzglas mit Breitband-AR, 60–40 Scratch-Dig | Schützt das Objektiv und sorgt gleichzeitig für vernachlässigbare Reflexionen im Bildpfad |
| Objektiv-Abdeckglas | Dünnes AR-beschichtetes Glas, Parallelität unter 10 Bogensekunden | Verhindert Geisterbilder von den beiden Oberflächen der Abdeckung |
Fehlermodi, gegen die wir entwerfen
Das häufigste Feldproblem bei Bildverarbeitungssystemen ist die spektrale Verschiebung mit dem Winkel: Ein für senkrechten Einfall spezifizierter Filter wird in einem konvergierenden Strahl platziert, und das effektive Durchlassband verschiebt sich in Richtung Blau. Wenn es sich bei der Quelle um eine Schmalband-LED handelt, verringert sich durch die Fehlanpassung stillschweigend das Signal-Rausch-Verhältnis, auf das das System ausgelegt ist. Wir entwerfen den Stapel über den realen Winkelbereich und nicht für einen einzelnen Nennwinkel. Deshalb fragen wir nach der Objektivapertur und dem Arbeitsabstand und nicht nur nach der Wellenlänge.
Das zweite ist Geisterbild. Zwei parallele Flächen reflektieren jeweils einen kleinen Teil des Signals, und das resultierende Doppelbild wird oft mit einem Fokusproblem verwechselt. Durch Angabe von Parallelität und einer AR-Beschichtung auf beiden Seiten wird diese entfernt.
Häufig gestellte Fragen
Sollte ich einen Filter aus gefärbtem Glas oder einen hartbeschichteten Filter verwenden?
Hartbeschichtet, in fast jedem Bildverarbeitungsgehäuse. Eingefärbtes Glas ist zwar günstiger, hat aber breitere, weniger stabile Kanten und kann bei kontinuierlicher, hochintensiver Beleuchtung ausbleichen.
Wie eng sollte das Durchlassband sein?
Dicht genug, um Umgebungslicht abzuwehren, aber breit genug, um die Wellenlängenverschiebung der Quelle mit der Temperatur zu tolerieren. Für die meisten LED-Systeme sind 20–40 nm der praktische Kompromiss; Laserlinienanwendungen können viel schmaler sein.