EM2019WSP12/Tests und Validierung/Test 03

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Test 03: Abbildung des Lasers auf CCD Sensos

Test des CCD Sensors

Zunächst wurde die Funktion des CCD Sensors im Zusammenspiel mit dem Evaluationsboard der Firma ICHaus getestet.

Die 2 Impulse von Kanal 1 (grün) zeigen den Start der Integration des CCD Sensors (Vgl. Timing Diagramm 'SI' Start of Integration) Kanal 2 (gelb) zeigt 256 Analogwerte zwischen den zwei SI Impulsen von Kanal 1. Fällt weniger Licht auf die Einzelnen Photodioden, werden geringer Spannungen gespeichert und ausgegeben.

CCD_Test


Test des vom Objektiv erfassten Bildbereiches

Winkel der äußeren Laserstrahlen

Für diesen Test wurde zunächst der Winkel der beiden äußeren Laser so gewählt, dass man die äußeren Strahlen mit genügend Abstand zur Harfe auf einer höhe von 2m noch komfortabel bespielen kann. Wären die Strahlen zu weit auseinander bestünde die Gefahr mit dem Gesicht in einen der mittleren Strahlen zu geraten.

Laserharfe_Versuchsaufbau_01b.jpg

Nun wurden die äußeren beiden Laser an einer Dachlatte provisorisch in einem Abstand von 7*9cm = 63cm montiert und auf den gewünschten Winkel eingestellt.

Messen den Abbildungsbereiches

Zum messen des Abbildungsbereiches wurde auf einer Holzscheibe ein Papier mit aufgezeichnetem Millimeter raster angebracht. Die Scheibe wurde hinter dem Objektiv platziert um zu sehen von wo bis wo ein reflektierter Laserstrahl auf der Scheibe abgebildet wird.

Laserharfe_Versuchsaufbau_Objektiv.jpg

Wird der Laserstrahl von 0 - 20 cm unterbrochen wandert der Abgebildete Punkt etwa 1cm . Von 20 - 200 cm einen weiteren Zentimeter.

Im nächsten Schritt wurde der CCD Sensor auf der Holzscheibe angebracht und hinter dem Objektiv zunächst grob ausgerichtet.

CCD_Versuchsaufbau_02c

Der gewünschte bespielbare Bereich wurde nun mit Mikrofonständern eingestellt, an denen ein weißes Papier als Reflektor angebracht war.

Versuchsaufbau

Der gesamte Versuchsaufbau ist hier zu sehen:

CCD_Versuchsaufbau_02a

CCD_Versuchsaufbau_02b


Feinjustierung

Zur Feinjustierung wurde die Halterung des CCDs mit Magneten auf einer Metallplatte befestigt, da der Abgebildete Lichtpunkt des Lasers etwa 100 µm groß ist und exakt auf den 200 µm breiten Photosensoren abgebildet werden muss.

CCD_Versuchsaufbau_02d_Min_Max_Laserpunkt.jpg

In diesem Foto sieht man auf dem Oszilloskop 2 'Start of Integration (SI)' Impulse (grün) und hinter dem ersten SI Impuls eine Spannungsspitze des 3.-4. Pixels und vor dem zweiten SI Impuls eine Spannungsspitze des 249.-252. Pixels. Das erste Pixel stellt eine Grenze für die minimale Höhe des rechten Laserstrahles (bei 77 cm), das 256. Pixel eine Grenze für die maximale Höhe des linken Laserstrahles (bei 196 cm).

Da die 256 Photodioden auf eine Länge von 16,25 mm verteilt sind, die Laserstrahlen jedoch beim kontinuierlichen unterbrechen von 0 - 200 cm auf über 2 cm abgebildet werden kann begrenzt der CCD Sensor den erfassbaren Bereich. Eventuell wäre der ILX535K oder ein TCD1304 dann die bessere Wahl, auch wenn diese komplizierter anzusteuern sind.


Betrachtet man die Spannungsimpulse an Pixel 3-4 (rechts vom grünen SI Impuls) und Pixel 249-252 (links vom grünen SI Impuls) sehen wir einen tendenziell breiteren Ausschlag an Pixel 249-252. Dies liegt zunächst noch daran das der Winkel des CCD Sensors nicht optimal ausgerichtet ist. Eine Feinjusiterung wird später über Gewindestäbe möglich sein.

CCD_Versuchsaufbau_03_Min_Max_StartIntegration_px.png

CCD_Versuchsaufbau_03_Min_Max_StartIntegration2.gif


Fazit

Der Test wurde als 'Bestanden' deklariert, da ein brauchbarer bespielbarer Bereich vom CCD Sensor erfasst werden kann. Jedoch muss der Kompromiss in kauf genommen werden, das der Bereich eingeschränkt ist und keine Töne mit den Füßen gespielt werden können. Oder es müsste ein anderer CCD Sensor oder ein anderes Objektiv verwendet werden. (Bzgl. anderes Objektiv: Da der Brennpunkt etwa 3,5 cm vom der Linse Entfernt liegt kann man den Sensor nicht einfach näher an das Objektiv schieben. Damit würde zwar der abgebildete Bereich kürzer, der Abgebildete Punkt würde dann aber bis zu 2 mm groß werden und 32 Pixel gleichzeitig beleuchten.)