DE4026956A1 - Video camera for work intensity image - has beam splitter between objective lens and image converter, and phototransmitter elements - Google Patents

Video camera for work intensity image - has beam splitter between objective lens and image converter, and phototransmitter elements

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Abstract

The video camera has an objective lens and an image transducer (4), between which is set a beam splitter (6). The video camera (1) contains several phototransmit elements (8), aimed onto the beam splitter. A control circuit activates the phototransmit elements individually or in groups. The beam splitter deflects the light beam from the activated phototransmit element through the objective lens (2). An evaluating circuit (5) processes the light beam reflected from the workpiece (W) through the objective lens into the video camera. Pref. the image transducer picks-up the reflected light beams transmitted from the phototransmit element. USE/ADVANTAGE - For robots, measuring and checking appts. etc., providing complex of image of workpiece without extra appts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Videokamera zur Erzeugung eines Intensitätsbildes eines Werkstücks mit einem Objektiv und einem Bildwandler.The invention relates to a video camera for generation an intensity image of a workpiece with a Lens and an image converter.

Videokameras werden beispielsweise bei Handhabungsautomaten, in der Meß- und Prüftechnik, bei Szenenüberwachungen und bei der Qualitätskontrolle eingesetzt. Sie haben den Nachteil, daß sie ein räumliches Werkstück lediglich auf eine Fläche abbilden. Dieses Intensitätsbild liefert somit keine Informationen über die Entfernung bzw. die Erstreckung des Werkstücks in der Blickrichtung. Hierauf ist schon in der Literaturstelle R. Grabowski et al, "Optische Lotung für dreidimensionale Werkstückerkennung", Technisches Messen, 51, Heft 6, Seite 227 ff. (1984) hingewiesen. In dieser Literaturstelle sind verschiedene Verfahren zur optischen Lotung beschrieben.Video cameras are used, for example Handling machines, in measuring and testing technology, at Scene monitoring and quality control used. They have the disadvantage of being one Only map the spatial workpiece onto one surface. This intensity image therefore does not provide any information about the distance or extension of the workpiece in the line of sight. This is already in the Literature R. Grabowski et al, "Optical plumbing for three-dimensional workpiece recognition ", technical measurement, 51, No. 6, page 227 ff. (1984). In this Literature are different methods for optical Lotung described.

In der Literaturstelle H.J. Tiziani, "Automatisierung der optischen Qualitätsprüfung", Technisches Messen, 55, Heft 12, Seite 181 ff. (1988) sind Verfahren zur berührungslosen Oberflächeninspektion mittels eines Lasers beschrieben. Die dort verwendeten Spiegelsysteme bedingen einen hohen Aufwand an Präzisionsmechanik und führen auch zu dynamisch bedingten Positionsfehlern. Eine Zuordnung eines Entfernungsbildes einer Oberfläche zu deren Intensitätsbild ist hier nicht vorgesehen.In the literature reference H.J. Tiziani, "Automation of the optical quality inspection ", Technical measurement, 55, booklet 12, page 181 ff. (1988) are procedures for non-contact surface inspection using a Lasers described. The mirror systems used there require a lot of precision mechanics and also lead to dynamic position errors. A Assignment of a distance image to a surface their intensity image is not provided here.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Videokamera der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die nicht nur ein Intensitätsbild eines zu beobachtenden Werkstücks, sondern auch ein Entfernungsbild des zu beobachtenden Werkstücks erzeugt, ohne daß hierfür eine zusätzliche, aufwendige Mechanik erforderlich ist.The object of the invention is to provide a video camera to propose the type mentioned above, which is not just a  Intensity image of a workpiece to be observed, but also a distance image of what is to be observed Workpiece produced without an additional, complex mechanics is required.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Videokamera der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Objektiv und dem Bildwandler ein Strahlteiler vorgesehen ist, daß in der Videokamera mehrere Lichtsendeelemente angeordnet sind, die auf den Strahlteiler gerichtet sind, daß mittels einer Steuerschaltung die Lichtsendeelemente einzeln oder in Gruppen aktivierbar sind, daß der Strahlteiler den von dem aktivierten Lichtsendeelement ausgehenden Lichtstrahl durch das Objektiv lenkt und daß eine Auswerteschaltung den am Werkstück reflektierten, durch das Objektiv in die Videokamera eintretenden Lichtstrahl auswertet.According to the invention, the above task is for a video camera of the type mentioned in that between a beam splitter for the lens and the image converter it is provided that several in the video camera Light emitting elements are arranged on the Beam splitters are directed that by means of a Control circuit the light emitting elements individually or in Groups can be activated that the beam splitter the of light beam emanating from the activated light emitting element steers through the lens and that an evaluation circuit reflected on the workpiece, through the lens into the Video camera evaluates incoming light beam.

Zur Auswertung des Lichtstrahls können verschiedene, an sich bekannte Verfahren verwendet werden. Durch die Auswertung des reflektierten Lichtstrahls läßt sich ein Entfernungsbild des Werkstücks erzeugen, das dessen Intensitätsbild überlagert ist.Various can be used to evaluate the light beam known methods can be used. Through the The reflected light beam can be evaluated Generate a distance image of the workpiece Intensity image is superimposed.

Die Auswertung des Lichtstrahls kann über den Bildwandler selbst erfolgen. Es können jedoch auch zwischen den Lichtsendeelementen eigene Lichtempfangselemente vorgesehen sein.The light beam can be evaluated using the image converter yourself. However, it can also be between the Own light receiving elements be provided.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung liegen einerseits in dem Aufbau der Videokamera und andererseits in deren Funktion. Der Aufbau ist kompakt, da die optische Einrichtung in der Videokamera untergebracht ist und kein weiteres Objektiv nötig ist. Es ist keine zusätzliche Präzisionsmechanik erforderlich, so daß auch dynamisch bedingte Positionsfehler entfallen.The advantages of the arrangement according to the invention lie on the one hand in the construction of the video camera and on the other hand in their function. The structure is compact because the optical device is housed in the video camera and no further lens is necessary. It is not additional precision mechanics required, so that too dynamically induced position errors are eliminated.

Hinsichtlich der Funktion ist günstig, daß das Intensitätsbild, das der Bildwandler erzeugt, dem zugehörigen Entfernungsbild ohne weiteres zugeordnet ist. Es ergibt sich eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, da die Signale des Intensitätsbildes und des Entfernungsbildes zeitlich parallel verarbeitet werden können und die Ansprechzeiten nicht durch die Bewegung einer Mechanik begrenzt sind.In terms of function, it is favorable that the  Intensity image that the image converter produces, the associated distance image is easily assigned. The processing speed is high because the signals of the intensity image and the Distance image can be processed in parallel can and the response times not through the movement mechanics are limited.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Lichtsendeelemente und gegebenenfalls die Lichtempfangselemente im wesentlich in der Fokusebene des Objektivs angeordnet.In a preferred embodiment of the invention Light emitting elements and possibly the Light receiving elements essentially in the focal plane of the Arranged lens.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the following Description of exemplary embodiments. In the drawing demonstrate:

Fig. 1 eine Videokamera mit mehreren Lichtsendeelementen schematisch, Fig. 1 is a video camera having a plurality of light emitting elements schematically,

Fig. 2 eine Anordnung der Lichtsendeelemente, Fig. 2 shows an arrangement of light emitting elements,

Fig. 3 eine Weiterbildung der Lichtsendeelemente nach Fig. 2, Fig. 3 shows a further development of the light emitting elements according to Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Weiterbildung der Lichtsendeelemente, Fig. 4 shows another further development of the light emitting elements,

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel der Videokamera nach Fig. 1, Fig. 5 shows an application example of the video camera of FIG. 1,

Fig. 6 ein anderes Anwendungsbeispiel der Videokamera nach Fig. 1, Fig. 6 shows another application example of the video camera of FIG. 1,

Fig. 7 eine Videokamera mit mehreren Lichtsende- und Lichtempfangselementen schematisch, Fig. 7 is a video camera having a plurality of light transmitting and light receiving elements schematically,

Fig. 8 eine Anordnung der Lichtsende- und Lichtempfangselemente, Fig. 8 shows an arrangement of the light emitting and light receiving elements,

Fig. 9 deren elektrisches Schaltbild und Fig. 9 whose electrical circuit diagram and

Fig. 10 eine Prinzipschaltung für die Adressierung eines Lichtsendeelements und des zugehörigen Lichtempfangselements. Fig. 10 shows a basic circuit for addressing a light emitting element and the associated light receiving element.

Eine Videokamera (1) weist ein Objektiv (2) auf, das mittels eines Stellmotors (3) verstellbar ist. In der Videokamera (1) ist ein Bildwandler (4) angeordnet, der beispielsweise von einem Vidikon oder einer CCD-Anordnung gebildet ist. Der Bildwandler (4) ist an einen Rechner (5) angeschlossen.A video camera ( 1 ) has a lens ( 2 ) which can be adjusted by means of a servomotor ( 3 ). An image converter ( 4 ), which is formed, for example, by a vidicon or a CCD arrangement, is arranged in the video camera ( 1 ). The image converter ( 4 ) is connected to a computer ( 5 ).

Im Strahlengang zwischen dem Objektiv (2) und dem Bildwandler (4) ist ein Strahlteiler (6) angeordnet, der beispielsweise von einer teildurchlässigen Spiegelschicht auf einer Glasplatte oder einer Folie gebildet ist.A beam splitter ( 6 ) is arranged in the beam path between the objective ( 2 ) and the image converter ( 4 ) and is formed, for example, by a partially transparent mirror layer on a glass plate or a film.

Dem Strahlteiler (6) steht eine Anordnung (7) mit mehreren Lichtsendeelementen (8) gegenüber. Diese sind auf den Strahlteiler (6) gerichtet. Die Anordnung (7) der Lichtsendeelemente (8) ist entweder zeilenförmig oder zweidimensional (vgl. Fig. 2). Die Lichtsendeelemente (8) liegen dabei im wesentlichen in der Fokusebene (F) des Objektivs (2).The beam splitter ( 6 ) is opposed to an arrangement ( 7 ) with a plurality of light transmission elements ( 8 ). These are aimed at the beam splitter ( 6 ). The arrangement ( 7 ) of the light emitting elements ( 8 ) is either line-shaped or two-dimensional (cf. FIG. 2). The light emitting elements ( 8 ) lie essentially in the focal plane (F) of the objective ( 2 ).

Es ist eine Steuerschaltung (9) vorgesehen, mit der die Lichtsendeelemente (8) einzeln aktivierbar sind. Es kann auch eine Aktivierung von Gruppen von Lichtsendeelementen vorgesehen sein. Die Steuerschaltung (9) ist an den Rechner (5) angeschlossen.A control circuit ( 9 ) is provided with which the light emitting elements ( 8 ) can be activated individually. Activation of groups of light emitting elements can also be provided. The control circuit ( 9 ) is connected to the computer ( 5 ).

Die Lichtsendeelemente (8) sind beispielsweise Laserdioden oder LEDs. Sie lassen sich in bekannter Weise auf GaAs- oder InP-Einkristallen herstellen. Die einzelnen Lichtsendeelemente (8) sind mit Adressierleitungen (x, y) matrixartig verschaltet (vgl. Fig. 2), die von der Steuerschaltung (9) ansteuerbar sind.The light emitting elements ( 8 ) are, for example, laser diodes or LEDs. They can be produced in a known manner on GaAs or InP single crystals. The individual light emitting elements ( 8 ) are connected in a matrix-like manner with addressing lines (x, y) (cf. FIG. 2), which can be controlled by the control circuit ( 9 ).

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist über der Anordnung (7) der Lichtsendeelemente (8) eine plattenförmige Anordnung (10) mit Mikrolinsen (11) angeordnet, die das Licht der Lichtsendeelemente (8) bündeln.In the embodiment according to FIG. 3, a plate-shaped arrangement ( 10 ) with microlenses ( 11 ) is arranged above the arrangement ( 7 ) of the light transmission elements ( 8 ), which bundle the light of the light transmission elements ( 8 ).

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Anordnung (7) mit den Lichtsendeelementen (8) außen an der Videokamera (1) angeordnet und das Licht der Lichtsendeelemente (8) ist über ein Bündel von Lichtwellenleitern (12) in die Fokusebene (F) des Objektivs (2) geführt. Durch die Ausgestaltungen nach den Fig. 3 und 4 lassen sich die Abstrahlwinkel der Lichtsendeelemente (8) beeinflussen. Außerdem läßt sich die in der Fokusebene (F) liegende wirksame Fläche, in der eine Lichtabstrahlung erfolgt, gegenüber der Baufläche der Anordnung (7) ändern. Es ist auch möglich, einer Mikrolinse (11) oder einem Lichtwellenleiter (12) zwei oder mehrere Lichtsendeelemente (8) zuzuordnen.In the embodiment according to FIG. 4, the arrangement ( 7 ) with the light-transmitting elements ( 8 ) is arranged on the outside of the video camera ( 1 ) and the light from the light-transmitting elements ( 8 ) is in the focus plane (F) of the bundle of optical fibers ( 12 ) Lens ( 2 ) guided. Through the embodiments of FIGS. 3 and 4, the emission angle of the light emitting elements (8) can be influenced. In addition, the effective area in the focal plane (F) in which light is emitted can be changed compared to the construction area of the arrangement ( 7 ). It is also possible to assign two or more light emitting elements ( 8 ) to a microlens ( 11 ) or an optical waveguide ( 12 ).

Die Funktionsweise der Einrichtung ist etwa folgende:The way the facility works is as follows:

Das Objektiv (2) ist auf ein Werkstück (W) gerichtet, dessen Ortszone (O′) im Scharfbereich der Videokamera (1) liegt (vgl. Fig. 1).The lens ( 2 ) is aimed at a workpiece (W) whose local zone (O ') is in the focus area of the video camera ( 1 ) (see. Fig. 1).

Wird nun das Lichtsendeelement (8′) eingeschaltet, dann ergibt sich der Strahlengang (S′). Das Licht des Lichtsendeelements (8) bildet in der Ortszone (O′) einen eng begrenzten, d. h. scharf abgebildeten Fleck. Ein ebenfalls scharfes Abbild des Flecks erscheint an der Stelle (4′) des Bildwandlers (4). Wird gleichzeitig oder anschließend das Lichtsendeelement (8′′) eingeschaltet, dann ergibt sich der Strahlengang (S′′). Dieser trifft auf die Ortszone (O′′), die außerhalb des Scharfbereichs des Objektivs (2) liegt. Dementsprechend ist der Lichtfleck an der Ortszone (O′′) weniger eng begrenzt als der Lichtfleck an der Ortszone (O′). Ein dementsprechend unschärferes Abbild tritt an der Stelle (4′′) des Bildwandlers (4) auf. Das Abbild an der Stelle (4′′) ist also deutlich größer als das an der Stelle (4′). Dies kann der Rechner (5) auswerten. Es ist dadurch erkennbar, daß der Abstand der Ortszone (O′) vom Objektiv (2) größer ist als der Abstand der Ortszone (O′′) vom Objektiv (2).If the light emitting element ( 8 ') is now switched on, the beam path (S') results. The light from the light emitting element ( 8 ) forms a narrowly defined, ie sharply depicted spot in the local zone (O ′). A likewise sharp image of the spot appears at the point ( 4 ') of the image converter ( 4 ). If the light emitting element ( 8 '') is switched on simultaneously or subsequently, the beam path (S '') results. This hits the local zone (O ''), which is outside the focus range of the lens ( 2 ). Accordingly, the light spot at the local zone (O ′ ′) is less narrowly limited than the light spot at the local zone (O ′). A correspondingly blurred image occurs at the point ( 4 '') of the image converter ( 4 ). The image at the point ( 4 '') is therefore significantly larger than that at the point ( 4 '). The computer ( 5 ) can evaluate this. It can be seen that the distance of the local zone (O ') from the lens ( 2 ) is greater than the distance of the local zone (O'') from the lens ( 2 ).

Als an sich bekanntes weiteres Meßverfahren kann mit der Einrichtung auch eine Triangulation durchgeführt werden (vgl. Fig. 5). Hierfür ist vor dem Objektiv (2) ein weiterer, feststehender, halbdurchlässiger Strahlteiler (13) angeordnet. Dem Strahlteiler (13) steht ein feststehender Ablenkspiegel (14) gegenüber.As a further measuring method known per se, triangulation can also be carried out with the device (cf. FIG. 5). For this purpose, a further, fixed, semi-transparent beam splitter ( 13 ) is arranged in front of the lens ( 2 ). The beam splitter ( 13 ) faces a fixed deflecting mirror ( 14 ).

Ein von einem Lichtsendeelement (8′) ausgehender Lichtstrahl (S) wird über den Strahlteiler (6) umgelenkt und tritt durch das Objektiv (2) und den Strahlteiler (13) hindurch und trifft auf das Werkstück (W). Der Strahl (S) wird am Werkstück (W) reflektiert und vom Ablenkspiegel (14) zum Strahlteiler (13) gelenkt, so daß er durch den Strahlteiler (6) hindurch auf den Bildwandler (4) trifft. Befindet sich das Werkstück (W) in der mit durchgezogener Linie dargestellten Stellung, dann stellt sich der mit durchgezogenen Linien dargestellte Strahlenverlauf ein, wobei der Strahl (S) auf die Stelle (4′) des Bildwandlers (4) trifft. Bewegt sich das Werkstück (W) in die strichliert dargestellte Stellung um den Abstand (a) vor, dann folgt der Strahlenverlauf der strichpunktierten Linie, wobei der Strahl (S) auf die Stelle (4′′) des Bildwandlers (4) trifft. Der Abstand (b) zwischen den Stellen (4′, 4′′) entspricht dem Abstand (a) der beiden Stellungen des Werkstücks (W). Der Rechner (5) wertet dies aus.A from a light emitting element ( 8 ') outgoing light beam (S) is deflected via the beam splitter ( 6 ) and passes through the lens ( 2 ) and the beam splitter ( 13 ) and hits the workpiece (W). The beam (S) is reflected on the workpiece (W) and directed from the deflecting mirror ( 14 ) to the beam splitter ( 13 ) so that it strikes the image converter ( 4 ) through the beam splitter ( 6 ). Is the workpiece (W) in the position shown with a solid line, then the beam path shown with a solid line adjusts itself, the beam (S) hitting the location ( 4 ') of the image converter ( 4 ). Moves the workpiece (W) in the position shown in dashed lines by the distance (a), then the beam path follows the dash-dotted line, the beam (S) hitting the location ( 4 '') of the image converter ( 4 ). The distance (b) between the positions ( 4 ', 4 '') corresponds to the distance (a) between the two positions of the workpiece (W). The computer ( 5 ) evaluates this.

Beim Anwendungsbeispiel nach Fig. 6 ist eine Stereo- Betrachtung der Oberfläche des Werkstücks (W) vorgesehen. Es ist hierfür eine zweite Videokamera (15) auf das Werkstück (W) gerichtet, deren Bildwandler (16) ebenfalls an den Rechner (5) angeschlossen ist. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich ein 3-dimensionales Bild des Werkstücks (W) errechnen. Hierbei tritt häufig die Schwierigkeit auf, die Teilbilder des Werkstücks (W) eindeutig einander zuzuordnen, da bei verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedliche Helligkeiten oder Abschattungen bestehen. Die Berechnung der Entfernung zweier Ortspunkte (O′, O′′) des Werkstücks (W) ist dadurch erschwert.In the application example according to FIG. 6, a stereo view of the surface of the workpiece (W) is provided. For this purpose, a second video camera ( 15 ) is aimed at the workpiece (W), the image converter ( 16 ) of which is also connected to the computer ( 5 ). With such a device, a 3-dimensional image of the workpiece (W) can be calculated. The difficulty often arises in clearly assigning the partial images of the workpiece (W) to one another, since different brightnesses or shadows exist at different viewing angles. This makes it difficult to calculate the distance between two location points (O ′, O ′ ′) of the workpiece (W).

Werden nun Lichtsendeelemente (8′, 8′′) der Videokamera (1) eingeschaltet, dann ergeben sich der mit strichpunktierten Linien und der mit durchgezogenen Linien dargestellte Strahlengang (S′ bzw. S′′). Diese Strahlengänge (S′, S′′) führen entsprechend des Abstandes der Ortspunkte (O′, O′′) und der Blickwinkel der Videokameras (1, 15) zu unterschiedlichen Abbildungen an dem Bildwandler (4) der Videokamera (1) einerseits und dem Bildwandler (16) der Videokamera (15) andererseits. Der Rechner (5) erhält dadurch Zusatzsignale und kann dann die Teil-Intensitätsansichten der beiden Videokameras (1, 15) eindeutig zuordnen.If light emitting elements ( 8 ', 8 '') of the video camera ( 1 ) are now switched on, the beam path (S' and S '') shown with dash-dotted lines and the solid lines result. These beam paths (S ', S'') lead according to the distance of the location points (O', O '') and the viewing angle of the video cameras ( 1 , 15 ) to different images on the image converter ( 4 ) of the video camera ( 1 ) on the one hand and the image converter ( 16 ) of the video camera ( 15 ) on the other hand. The computer ( 5 ) thereby receives additional signals and can then clearly assign the partial intensity views of the two video cameras ( 1 , 15 ).

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the exemplary embodiment according to FIG. 7, parts corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 1 are provided with the same reference symbols.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 umfaßt die Anordnung (7) außer den Lichtsendeelementen (8) auch Lichtempfangselemente (17). Diese liegen ebenfalls im wesentlichen in der Fokusebene (F) des Objektives (2). Der optische Abstand zwischen der Anordnung (7) und dem Objektiv (2) ist also im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem Bildwandler (4) und dem Objektiv (2). In the exemplary embodiment according to FIG. 7, the arrangement ( 7 ) comprises light receiving elements ( 17 ) in addition to the light transmitting elements ( 8 ). These are also essentially in the focal plane (F) of the objective ( 2 ). The optical distance between the arrangement ( 7 ) and the lens ( 2 ) is therefore essentially equal to the distance between the image converter ( 4 ) and the lens ( 2 ).

Die Lichtempfangselemente (17) sind an einen Empfangsverstärker (18) angeschlossen, dem eine Zeitmeßeinrichtung (19) nachgeschaltet ist. Diese ist mit dem Rechner (5) verbunden. Zwischen dem Bildwandler (4) und dem Rechner (5) ist ein Bildprozessor (20) dargestellt.The light receiving elements ( 17 ) are connected to a receiving amplifier ( 18 ), which is followed by a time measuring device ( 19 ). This is connected to the computer ( 5 ). An image processor ( 20 ) is shown between the image converter ( 4 ) and the computer ( 5 ).

Sowohl die Lichtsendeelemente (8) als auch die Lichtempfangselemente (17) sind auf der Anordnung (7) mit Adressierleitungen (x, y, z) matrixartig verschaltet (vgl. Fig. 8, Fig. 9). Die Lichtempfangselemente (7) sind beispielsweise GaAs-PIN-Fotodioden. Durch Adressierung einer der Adressierleitungen (y) und einer der Adressierleitungen (x) sowie der daneben verlaufenden Adressierleitung (z) wird ein Lichtsendeelement (8) und das ihm zugeordnete Lichtempfangselement (17) adressiert. Diese beiden einander zugeordneten Elemente bzw. ihre Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsfläche liegen möglichst dicht beieinander. Sie können auch übereinander angeordnet sein. Dadurch ist auf einfache Weise erreicht, daß das Lichtempfangselement im wesentlichen nur das Reflexionslicht des zugeordneten Lichtsendeelements (8) erfaßt. Ein solch dichter Aufbau läßt sich mit hoher Genauigkeit und kostengünstig erreichen, wenn die Lichtsendeelemente (8) und die Lichtempfangselemente (17) in einem an sich bekannten Epitaxieverfahren auf einem gemeinsamen Substrat monolithisch integriert werden. Typischerweise werden 16 × 16 bis 256 × 256 Sende- und Empfangselemente integriert. Beispielsweise beträgt der Durchmesser eines Lichtsendeelemtes (8) 10 mym bis 30 mym bei einer Strahlungsleistung von 0,5 mW bis 2 mW. Die Abmessungen eines Lichtempfangselementes (17) liegen beispielsweise bei 30 mym bis 50 mym.Both the light-transmitting elements ( 8 ) and the light-receiving elements ( 17 ) are connected in a matrix-like manner on the arrangement ( 7 ) with addressing lines (x, y, z) (cf. FIG. 8, FIG. 9). The light receiving elements ( 7 ) are, for example, GaAs PIN photodiodes. By addressing one of the addressing lines (y) and one of the addressing lines (x) and the adjacent addressing line (z), a light emitting element ( 8 ) and the light receiving element ( 17 ) assigned to it are addressed. These two mutually associated elements or their light exit or light entry surface are as close as possible to one another. They can also be arranged one above the other. It is thereby achieved in a simple manner that the light receiving element essentially only detects the reflection light of the associated light emitting element ( 8 ). Such a dense structure can be achieved with high accuracy and cost-effectively if the light emitting elements ( 8 ) and the light receiving elements ( 17 ) are monolithically integrated on a common substrate in a known epitaxial process. Typically 16 × 16 to 256 × 256 transmit and receive elements are integrated. For example, the diameter of a light emitting element ( 8 ) is 10 mym to 30 mym with a radiation power of 0.5 mW to 2 mW. The dimensions of a light receiving element ( 17 ) are, for example, 30 mym to 50 mym.

Fig. 10 zeigt eine Adressierschaltung, mit der jeweils nur die beiden einander zugeordneten Sende- bzw. Empfangselemente (8, 17) aktivierbar sind. Die Wahlschalter (21) sind in der Praxis elektronische Schalter. Fig. 10 shows an addressing circuit, with the only the two mutually assigned transmitting and receiving elements (8, 17) are activated. In practice, the selector switches ( 21 ) are electronic switches.

Die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 7 ist etwa folgende:The mode of operation of the circuit according to FIG. 7 is approximately as follows:

Der Bildwandler (4) erfaßt das Intensitätsbild des Werkstücks (W) und leitet dieses über den Bildprozessor (20) an den Rechner (5). Der Strahlengang des Intensitätsbildes ist nicht dargestellt.The image converter ( 4 ) detects the intensity image of the workpiece (W) and passes it via the image processor ( 20 ) to the computer ( 5 ). The beam path of the intensity image is not shown.

Sind zusätzlich beispielsweise die Lichtsendeelemente (8′, 8′′) und die diesen zugeordneten Lichtempfangselemente (17′, 17′′) aktiviert, dann ergeben sich in den Strahlengängen (S′, S′′) Lichtflecke (O′, O′′) an dem Werkstück (W). Die Lichtsendeelemente (8′, 8′′) strahlen Lichtpulse aus. Die Lichtempfangselemente (17′, 17′′) empfangen reflektierte Anteile dieser Lichtpulse der ihnen zugeordneten Lichtsendeelemente (8′, 8′′). Die Zeitmeßeinrichtung (19) ermittelt die Laufzeiten der Lichtpulse. Diese Laufzeiten entsprechen den Entfernungen der Lichtflecke (O′, O′′) von der Videokamera (1). Die Entfernungen, speziell deren Differenz, wird im Rechner (5) weiterverarbeitet. Auch der Bildwandler (4) erfaßt - außer dem Intensitätsbild - die Lichtflecke (O′, O′′). Es ist damit im Rechner (5) dem Intensitätsbild ein Entfernungsbild des Werkstücks (W) überlagert. Dieses kann je nach dem Anwendungsfall auf einige wenige Punkte, im Beispielsfalle zwei Punkte (O′, O′′) beschränkt sein. Es ist damit eine sehr schnelle 3-dimensionale Erfassung des Werkstücks (W) möglich. Der Rechner (5) kombiniert eine digitale Intensitätsbildverarbeitung mit einer Entfernungsmessung an einigen ausgewählten Punkten.If, for example, the light emitting elements ( 8 ′, 8 ′ ′) and the light receiving elements ( 17 ′, 17 ′ ′) assigned to them are additionally activated, then light spots (O ′, O ′ ′) result in the beam paths (S ′, S ′ ′). ) on the workpiece (W). The light emitting elements ( 8 ', 8 '') emit light pulses. The light receiving elements ( 17 ', 17 '') receive reflected portions of these light pulses of the associated light emitting elements ( 8 ', 8 ''). The time measuring device ( 19 ) determines the transit times of the light pulses. These transit times correspond to the distances of the light spots (O ', O'') from the video camera ( 1 ). The distances, especially their differences, are processed in the computer ( 5 ). The image converter ( 4 ) detects - apart from the intensity image - the light spots (O ', O''). A distance image of the workpiece (W) is thus superimposed on the intensity image in the computer ( 5 ). Depending on the application, this can be limited to a few points, in the example two points (O ', O''). This enables a very fast 3-dimensional detection of the workpiece (W). The computer ( 5 ) combines digital intensity image processing with a distance measurement at some selected points.

Anstelle des Verfahrens der Laufzeitmessung lassen sich auch andere aus der Radartechnik bekannte Verfahren, wie CW-Dopplerradar-, Pulsdopplerradar-, FM-CW-Radar-, FM-Radar-Verfahren mit mehreren Frequenzen und Pulskompression verwenden. Die Modulation der Lichtsendeelemente (8) und die Auswertung der Empfangssignale an den Lichtempfangselementen (17) wird dann entsprechend vorgenommen. Bei solchen Verfahren kann nicht nur die Entfernung, sondern auch die Geschwindigkeit einer Ortszone (O′ bzw. O′′) gemessen werden. Daraus ergibt sich, daß sich die Einrichtung auch zur Strömungsmessung eignet.Instead of the transit time measurement method, other methods known from radar technology, such as CW Doppler radar, pulse Doppler radar, FM CW radar, FM radar methods with multiple frequencies and pulse compression, can also be used. The modulation of the light emitting elements ( 8 ) and the evaluation of the received signals at the light receiving elements ( 17 ) is then carried out accordingly. With such methods, not only the distance, but also the speed of a local zone (O 'or O'') can be measured. It follows that the device is also suitable for flow measurement.

Die Ausgestaltungen nach den Fig. 3 und 4 können auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 vorgesehen sein.The configurations according to FIGS. 3 and 4 can also be provided in the embodiment according to FIG. 7.

Claims (12)

1. Videokamera zur Erzeugung eines Intensitätsbildes eines Werkstücks mit einem Objektiv und einem Bildwandler, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektiv (2) und dem Bildwandler (4) ein Strahlteiler (6) vorgesehen ist, daß in der Videokamera (1) mehrere Lichtsendeelemente (8, 11, 12) angeordnet sind, die auf den Strahlteiler (6) gerichtet sind, daß mittels einer Steuerschaltung (9) die Lichtsendeelemente (8) einzeln oder in Gruppen aktivierbar sind, daß der Strahlteiler (6) den von dem aktivierten Lichtsendeelement (8) ausgehenden Lichtstrahl durch das Objektiv (2) lenkt und daß eine Auswerteschaltung (5) den am Werkstück (W) reflektierten, durch das Objektiv (2) in die Videokamera (1) eintretenden Lichtstrahl auswertet.1. Video camera for generating an intensity image of a workpiece with a lens and an image converter, characterized in that a beam splitter ( 6 ) is provided between the lens ( 2 ) and the image converter ( 4 ) that in the video camera ( 1 ) a plurality of light emitting elements ( 8 , 11 , 12 ) are arranged, which are directed onto the beam splitter ( 6 ), that the light transmission elements ( 8 ) can be activated individually or in groups by means of a control circuit ( 9 ), that the beam splitter ( 6 ) detects the light transmission element ( 6 ) 8 ) directs outgoing light beam through the lens ( 2 ) and that an evaluation circuit ( 5 ) evaluates the light beam entering the video camera ( 1 ) reflected on the workpiece (W) and through the lens ( 2 ). 2. Videokamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendeelemente (8) im wesentlichen in der Fokusebene (F) des Objektivs (2) angeordnet sind.2. Video camera according to claim 1, characterized in that the light emitting elements ( 8 ) are arranged substantially in the focal plane (F) of the lens ( 2 ). 3. Videokamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) die von den Lichtsendeelementen (8) ausgehenden, reflektierten Lichtstrahlen erfaßt.3. Video camera according to claim 1 or 2, characterized in that the image converter ( 4 ) detects the light beams emanating from the light emitting elements ( 8 ), reflected light rays. 4. Videokamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteschaltung ein Rechner (5) die mehr oder weniger große Strahlungsbreite von reflektierten Lichtstrahlen auswertet (Fig. 1).4. Video camera according to claim 3, characterized in that a computer ( 5 ) evaluates the more or less large radiation width of reflected light beams as an evaluation circuit ( Fig. 1). 5. Videokamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteschaltung ein Rechner (5) den Abstand von reflektierten Lichtstrahlen am Bildwandler (4) erfaßt (Fig. 5, 6).5. Video camera according to claim 3, characterized in that a computer ( 5 ) detects the distance of reflected light beams on the image converter ( 4 ) as an evaluation circuit ( Fig. 5, 6). 6. Videokamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Triangulationsmessung vor dem Objektiv (2) ein weiterer Strahlteiler (13) angeordnet ist, dem ein Ablenkspiegel (14) zugeordnet ist (Fig. 5).6. Video camera according to claim 5, characterized in that for a triangulation measurement in front of the lens ( 2 ) a further beam splitter ( 13 ) is arranged, which is associated with a deflection mirror ( 14 ) ( Fig. 5). 7. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Lichtsendeelementen (8) Lichtempfangselemente (17) angeordnet sind.7. Video camera according to one of the preceding claims, characterized in that light receiving elements ( 17 ) are arranged in addition to the light transmitting elements ( 8 ). 8. Videokamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (17) im wesentlichen in der Fokusebene (F) des Objektivs (2) liegen.8. Video camera according to claim 7, characterized in that the light receiving elements ( 17 ) lie essentially in the focal plane (F) of the lens ( 2 ). 9. Videokamera nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtsendeelement (8) wenigstens ein Lichtempfangselement (17) zugeordnet ist, das einen vom Lichtsendeelement (8) ausgesandten und am Werkstück (W) reflektierten Lichtpuls empfängt, und daß eine Zeitmeßeinrichtung (19) die Laufzeit des Lichtpulses erfaßt (Fig. 7).9. Video camera according to claim 7 or 8, characterized in that the light emitting element ( 8 ) is assigned at least one light receiving element ( 17 ) which receives a light pulse emitted by the light emitting element ( 8 ) and reflected on the workpiece (W), and in that a time measuring device ( 19 ) the transit time of the light pulse is detected ( FIG. 7). 10. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendeelemente (8) und gegebenenfalls die Lichtempfangselemente (17) auf einer plattenförmigen Anordnung (7) integriert sind.10. Video camera according to one of the preceding claims, characterized in that the light emitting elements ( 8 ) and optionally the light receiving elements ( 17 ) are integrated on a plate-shaped arrangement ( 7 ). 11. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fokusebene (F) des Objektivs (2) Lichtwellenleiter (12) enden, deren andere Enden bei den Lichtsendeelementen (8) und gegebenenfalls den Lichtempfangselementen (17) stehen.11. Video camera according to one of the preceding claims, characterized in that in the focal plane (F) of the lens ( 2 ) optical fibers ( 12 ) end, the other ends of which are at the light emitting elements ( 8 ) and optionally the light receiving elements ( 17 ). 12. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Lichtsendeelementen (8) und gegebenenfalls den Lichtempfangselementen (17) Mikrolinsen (11) angeordnet sind.12. Video camera according to one of the preceding claims, characterized in that in front of the light emitting elements ( 8 ) and optionally the light receiving elements ( 17 ) microlenses ( 11 ) are arranged.
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