Entwicklung von Erweiterungsmodulen zur Fokussteuerung und Bestimmung der Lage- und Ausrichtung bei optischen Sensorsystemen zur Optimierung der Datenerfassung und -analyse

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Erprobung von zwei Erweiterungsmodulen für optische Sensoren vorgestellt. Ein Augenmerk liegt dabei auf der Prüfung der Eignung der Entwicklungsumgebung von STMicroelectronics für die Prototypentwicklung. Das Interesse an dieser Thematik ist optische Sensoren durch adäquate Unterstützungssysteme zu optimieren, welche je nach Einsatzgebiet unterschiedlich sein können. Damit kann eine verbesserte Datenqualität zu erreicht werden. Hierzu wurden ein Fokussteuerungs-Modul (FsM) und ein Global Navigation Satellite System Modul (GNSSM) als Prototypen entwickelt und anschließend getestet. Diese Module zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, variabel in Kombination mit verschiedenen Sensoren eingesetzt werden zu können. Die Tests des FsM-Moduls am TRAGVIS-System, einem optischen Sensor des Institutes der deutschen Luft und Raumfahrt, erbrachten anschauliche Ergebnisse für die weitere Entwicklung des FsM. In Feldtests wurde eine Funktion entwickelt, die Entfernungen in Winkel des Fokusrings umwandelt, um den Fokus optimal einzustellen. So konnte das FsM-Modul effektiv und funktionsfähig des TRAGVIS integriert werden und bieten dem Nutzer jetzt die Möglichkeit alle Entfernungsbereiche, in denen das Stystems arbeitet zu fokusieren. Die modularen Bauteile und Programmierungen bieten dabei die Möglichkeit das System in Zukunft einfach an neuen Systemen zu testen. Das GNSSM kann die Position auf ± 0,5m genau bestimmen, jedoch kam es zu Defiziten bei der Ermittlung der Systemausrichtung. Tests legen nahe, dass weitere Anpassungen und Tests notwendig sind, bevor es für die Bestimmung der Ausrichtung in optischen Sensoren verwendet werden kann. Das System lässt sich dennoch durch eine unabhänigen Betrieb an neuen Systemen problemlos zur Positionsbestimmung einsetzen. Trotz einiger Herausforderungen demonstrierte die Entwicklung der beiden Module, dass die Entwicklungsumgebung von ST eine robuste Grundlage für die Prototypenentwicklung von Erweiterungsmodulen für optische Sensoren darstellt. Diese Arbeit bietet somit einen Einstieg in die Entwicklung von Prototypen für Erweiterungsmodule. Perspektivisch können hieraus Weiterentwicklungen des Fokussteuerungsmoduls, z.B. für Anwendungen am Blendenring eines Objektivs oder des GNSS zur Ortung oder Steuerung von Objekten, bieten.