Optische Maus: geänderte Fokus-Distanz

[Manf]

Hier ist eine optische Maus, gerade eben zum ersten Mal geöffent, um zu sehen, wie man die Fokusdistanz ändern kann.
Ich möchte nur gleich schon mal ein paar Bilder davon zeigen.

Bild hier  

Als USB Maus läßt sie sich leicht parallel zu der Computermaus an einen weiteren USB Port anstecken und arbeitet parallel zur ersten. Eine gleichzeitige Bewegung in unterschiedliche Richtung wird kompensiert.

In so fern ist die Versuchsanordnung einfach. Die Maus wird in Betrieb genommen, die Linse wird entfernt und durch eine andere ersetzt. Ein hell beleuchtetes Papier wird in wechselndem Abstand vor der Maus seitlich bewegt und es wird festgestellt, ob sich eine neue Fokusebene ergeben hat.

Es funktioniert so einfach wie geplant. Die Originalinse auf dem halben Weg zwischen Unterlge und Chip und hat etwa 1,5mm Brennweite. (Im Bild unten links ergibt sich ein Leuchtfleck in 20mm Abstand von der Linse der allerdings nicht durch die Linse sondern durch die Wölbung der Umrandung hervorgrufen wird, auch ein Linseneffekt.) Die Ersatzlinse im Bild unten rechts ist eine doppelte Lupe mit ca. 30mm Brennweite und die Fokusebene liegt bei 230mm.

Die Bewegung wird mit guter Auflösung sauber aufgenommen.

Die Messung wird noch einmal sauber durchgeführt, aber es hat sich im ersten Experiment eine geänderte Fokusdistanz von mehr als 20cm vor der Linse ergeben. Ein solcher Abstand (geplant 5cm) ermöglicht sehr viel besser die Messung der Strecke bei der Bewegung über dem Boden.

Manfred

[Thoralf]

den gleichen Gedanken hate ich auch schon, sogar mit der gleichen Lupe *ggg*
Nur bei der Beleuchtung hatte ich eine Niete gezogen: eine energiesparlampe. Deren Geflimmer hat den Sensor durcheinander gebracht. Nun meine Frage: was hast du genommen? Falls eine Glühlampe, stört deren zwar geringeres Geflimmer auch noch oder hast du eine ganz andere Lichtquelle wie Power-LEDs genommen?
Ich will mir dazu mal einen richtigen Lichttubus mit roten superhellen LEDs bauen, in dem sich auch die Optik befindet.

[Manf]

Es ist eine Halogenlampe mit Schirm, sie ist im Bild unten rechts als schwarzer Rand zu sehen. Ich hatte mich auf weitere Aktionen mit Beleuchtung und Fokusierung eingestellt. Der Effekt war aber dann relativ einfach zu erzielen.
Manfred

[RCO]

Ist ja klasse. Ist wohl die Antwort auf jede Menge Threads mit dem Thema Maussensor zur Bewegungserfassung.
Die Frage ist nur, wie man mit dem Roboter so viel Licht erzeugt. Es muss ja im Grunde nur ein retiv kleiner Ausschnitt beleuchtet werden, vielleicht reichen ein par superhelle Leds oder so.

MFG Moritz

[Manf]

wie man mit dem Roboter so viel Licht erzeugt. Es muss ja im Grunde nur ein retiv kleiner Ausschnitt beleuchtet werden

Das greift sehr schön ineinander:
Meine nächste Frage ist,
wie kann man am besten nachweisen wie groß die relevante Fläche ist?

Manfred

[RCO]

Wenn man senkreht zur Platine einen Stift hinhällt und schaut in welcehm Bereich er anspricht?
Wie sieht es denna us, wenn du alles Licht ausmachst, könnte man nicht die eigentliche Beleuchtung benutzen um zu schauen, welchen Bereich sie ausleuchtet?
Oder eben Try and Error

Auf jeden Fall muss ich sagen, dass ich das ganze ziemlich genial finde. Hast du noch vor eine Testreihe zu machen auf der du die Maus auf einem Vehikel montierst und mal einen relaistischen Versuch zur Genauigkeit und Relevanz für Roboteranwendungen durchführst?

MFG Moritz

[JanB]

Hallo Manfred,

wie kann man am besten nachweisen wie groß die relevante Fläche ist?

Vielleicht mit verschieden großen runden hellen Scheiben.
So wie Bierdeckel.
MIt einem weit entfernten (kein Fokus) und dunklen Hintergrund.
Dann immer im gleichen Abstand probieren, wie groß die Scheibe sein muss.
Wenn du einmal die Grösse in einem bestimmten Abstand kennst,
kannst du es für andere Abstände leicht ausrechnen.

Gruß Jan

[Johannes]

Hallo Manf,
ich habe auch schon einmal so eine optische Maus mit einer anderen Linse versehen, aber meine Ergebnisse waren nicht so gut wie deine. Was mich interessieren würde, ist, was für Messefehler sich ergeben, wenn du die Entfernung zum Objekt, das du vor der Linse bewegst, veränderst. Müssen dass immer diese 20cm sein oder gehen da auch noch 15?

Gruß
Johannes

[Manf]

Ja, das geht alles in die Richtung, ich gehe es noch einmal durch (einige Ideen habe ich auch noch).
Es ist das Ziel den Sensor optimal zu nutzen, das heißt ihm die ganze Fläche auszuleuchten und über die Linse zuzuführen, die er verarbeiten kann. Es ist ja ein nxn Pixel Sensor der durch periodische Korrelation eine zweidimensionale Bewegung erfasst.

Eine Möglichkeit ist, die Information über Ort und Größe des Sensors zu erhalten und das System zu berechnen.

Alternativ kann man messen. Dabei ist zu bedenken, wie die Korrelationsfunktion arbeitet: Sie vergleicht das gesamte Bild mit dem vorhergehenden und einigen Verschiebungen und sucht sich die beste Übereinstimmung heraus. Jegliche Kontur die bei der Verschiebung an ihrer Stelle bleibt, verhindert das Ansprechen auf den bewegten Probekörper.
Was ist dann der beste Hintergrund? Konturlos weil außerhalb des Fokus und eher schwarz, während der Probekörper hell und im Fokus ist. In sofern ist der Stift, der auf den Sensor zeigt und vorne hell ist sicher sehr gut. Am besten es ist sonst recht dunkel und der Stift leuchtet selbst.

Die größe der Kontur ist sicher auch entscheidend, groß genug, damit der Sensor anspricht und klein genug, damit man die Grenze gut bestimmen kann bis zu der der Sensor anspricht.

Da ich "weiß", dass das Sensorfeld quadratisch ist, wäre wohl eine leuchtende Linie ideal. Wegen der Abtastung darf es aber keine Neonröhre sein. Ich könnte mir auch ein Papierröhrchen vorstellen, das von einer LED von innen beleuchtet wird.

Mal sehen.
Manfred

[Wolferl]

Füür genauere Untersuchungen macht es evtl. auch Sinn die serielle Schnittstelle des Bausteins anzusprechen (falls vorhanden wie beim ADNS2051).
Über das PixelDump Bit kann dann das Bild in graustufen ausgelesen und am Rechner dargestellt werden. Damit kann die Optik relativ präzise ausgerichtet und justiert werden, und auch die relevante Fläche bestimmt werden.
Ausserdem lässt sich über die Schnittstelle die Beleuchtung nachregeln (Shutterregister, MaxPix, AvgPix auslesen), was für unterschiedliche Auflageflächen praktisch ist.
Je nach Typ lässt sich die Auflösung umschalten (400cpi -> 800cpi).

Bei unseren Messungen lag der Fehler im mm/m Bereich (mm pro verfahrenem Meter) für planparallele Oberflächen. Für "wellige" Oberflächen (Abstand schwankte um ca. +-0,5mm) wurden daraus schnell mehrere cm/m Fehler.
Wir haben dann versucht dieses Manko durch eine parallele Strahlführung sowohl von Beleuchtung als auch von der Reflektion zu beseitigen, hatten damit aber nur mäßigen Erfolg.

Wolfgang