Optimales Zusammenspiel von Kamera und Optik. Carl Zeiss AG, Udo Schellenbach, PH-V

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2 Trivialitäten Nicht mehr ganz so trivial Geheimwissen

3 Welchen Stellenwert nimmt die Optik bei Bildverarbeitern oft ein?

4 Trivialitäten: Wie groß ist der Sensor der Kamera? Deckt der Bildkreis des Objektivs den Sensor ab? Welchen Mount stellen Kamera und Objektiv zu Verfügung? - Ist eine Verbindung ohne Weiteres möglich? - Wie stabil soll diese Verbindung sein? Welches Anlagemaß hat die Kamera? Passt das Objektiv dazu? Kann ein Adapter dieses Anlagemaß überbrücken?

5 Nicht mehr ganz so trivial: Bei welchem Wellenlängenbereich wird gearbeitet? (Weißes Licht, monochromes Licht, NIR ) Wie empfindlich ist der Sensor gegen die Einfallswinkel der Lichtstrahlen? Wie empfindlich ist die Kamera, resp. welche Öffnung braucht das Objektiv? Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein?

6 Geheimwissen: Wird im idealen Einstellungsbereich des Objektivs gearbeitet bzw. hat das Objektiv ein Floating Elements Design? Wie ist die Orthogonalität des Sensors zur optischen Achse spezifiziert und wie empfindlich reagiert die Optik darauf? Gibt es periodische feine Strukturen, die vom Sensor nicht mehr aufgelöst werden können? Gibt es farbige periodische Strukturen, die von einem Sensor mit Bayer Filter unterschiedlich aufgelöst werden?

7 Trivialitäten: Wie groß ist der Sensor der Kamera? Deckt der Bildkreis des Objektivs den Sensor ab?

8 Trivialitäten: Wie groß ist der Sensor der Kamera? Deckt der Bildkreis des Objektivs den Sensor ab? Ist der Sensor wesentlich kleiner als der Bildkreis, bekommt man i.d.r. die beste Leistung des Objektivs u ist die Bildhöhe! Die Sensordiagonale sollte kleiner sein als 2 x u

9 Trivialitäten: Welchen Mount stellen Kamera und Objektiv zu Verfügung? - Ist eine Verbindung ohne Weiteres möglich? - Wie stabil soll diese Verbindung sein? Welches Anlagemaß hat die Kamera? Passt das Objektiv dazu? Kann ein Adapter dieses Anlagemaß überbrücken? Typische Anlagemaße: F-Mount: 46,5 mm EF-Mount: 44,5 mm M42x1 Mount: 45,5 mm C-Mount: 17,53 mm Funktioniert: F-Mount auf C-Mount Funktioniert: F-Mount auf EF-Mount Funktioniert nicht: F-Mount auf EF-Mount

10 Nicht mehr ganz so trivial: Bei welchem Wellenlängenbereich wird gearbeitet? (Weißes Licht, monochromes Licht, NIR ) Die Transmissionskurve kann für den einen oder anderen Wellenlängenbereich angepasst werden, wenn man unterschiedliche Coatings verwendet.

11 Nicht mehr ganz so trivial: Bei welchem Wellenlängenbereich wird gearbeitet? (Weißes Licht, monochromes Licht, NIR ) Weißes Licht Monochrom: 556 nm Monochrom: 800 nm

12 Nicht mehr ganz so trivial: Wie empfindlich ist der Sensor gegen die Einfallswinkel der Lichtstrahlen? Biogon 2/35: Maximaler Hauptstrahlwinkel 31, kann bei Vollformatsensoren mit Mikrolinsen zu Farbfehlern in der Ecke führen. Gut für Sensoren 4/3. Vollformat bedingt Quelle: Loxia 2/35: Maximaler Hauptstrahlwinkel 16, so gut wie keine Einschränkung bei Vollformatsensoren.43 mm Bildkreis (24 x 36 mm)

13 Nicht mehr ganz so trivial: Wie empfindlich ist die Kamera, resp. welche Öffnung braucht das Objektiv? Eine Blendeneinstellung von 1,4 liefert gegenüber einer Öffnung von 4,0 400% mehr Licht für den Sensor, aber man muss in Kauf nehmen, dass die Leistung (der Kontrast und die Farbkorrektur schlechter werden). Nur sehr teure und große Objektive liefern bei großer Öffnung eine Top Leistung. Milvus 1.4/85 bei 4,0 Milvus 1.4/85 bei 1,4

14 Nicht mehr ganz so trivial: Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein? 2 LP/mm 80 LP/mm

15 Nicht mehr ganz so trivial: Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein? Beispiel: Gewünschte (Pixel) Auflösung im Bild: 20 µm Die verwendete Kamera hat eine Pixelgröße von 3 µm Das benötigte ß ist also 1:7 ß = Pixelgr. Pixelgr. im Obj. Gewünschte Feldgröße: 140 x 100 mm (172 in der Diag.) Die verwendete Kamera hat eine Sensordiagonale von 16 mm Das benötigte ß ist also 1:10 ß = Sensordiag. Objektdiag.

16 Nicht mehr ganz so trivial: Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein? Entweder muss also das Objektfeld verkleinert werden, oder der Sensor vergrößert. z.b. ein Vollformatsensor mit 24x36 mm (43 mm Diag.) In unserem Fall entscheiden wir uns für einen größeren Sensor und können so das Feld von 140 x 100 mm mit einer Auflösung von 20 µm aufnehmen.

17 Nicht mehr ganz so trivial: Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein? Gewünschter Arbeitsabstand (g): 250 mm Die benötigte Brennweite ist hier also ca. 28 mm! g = f(1 + ß) ß Bei einer Pixelgröße von 3 µm und einem Vollformatsensor benötigt man einen Sensor mit 71 Mpixeln. Dieser reagiert natürlich sehr empfindlich auf Änderungen des Kontrasts. Weitwinkelobjektive fallen zum Rand hin leistungsmäßig aber ab. Man hat nun die Wahl, den schlechteren Kontrast zum Rand hin zu akzeptieren, oder den Arbeitsabstand zu ändern, um ein besser zu kontrollierendes Objektiv, wie z.b ein Apo Distagon 1.4/55 einzusetzen.

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19 Nicht mehr ganz so trivial: Welche Auflösung im Objekt soll erzielt werden? Wie groß sollen die Pixel im Objekt sein? - Wie groß kann dann das abgebildete Feld sein? Objektdiagonale: 81 mm

20 Relativ einfaches Planar 1.4/50 mit 16 Mpixel Sensor Aufwendiges Apo Sonnar 1.4/55 mit 16 Mpixel Sensor

21 Relativ einfaches Planar 1.4/50 mit 71 Mpixel Sensor Aufwendiges Apo Sonnar 1.4/55 mit 71 Mpixel Sensor

22 Relativ einfaches Planar 1.4/50 mit 16 Mpixel Sensor aufwendiges Apo Sonnar 1.4/55 mit 16 Mpixel Sensor Relativ einfaches Planar 1.4/50 mit 71 Mpixel Sensor aufwendiges Apo Sonnar 1.4/55 mit 71 Mpixel Sensor

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24 Geheimwissen: Gibt es farbige periodische Strukturen, die von einem Sensor mit Bayer Filter unterschiedlich aufgelöst werden? Das Auflösungsvermögen der einzelnen Farbkanäle ist unterschiedlich, weil die Filter beim Bayer Pattern unterschiedlich angeordnet sind. Die Verteilungsdichte der grünen Pixel, insbesondere in diagonaler Richtung ist größer als die der roten und blauen. Deswegen sind Moirés bei periodischen roten oder blauen Strukturen wahrscheinlicher.

25 4-Farben Rasterdruck, Magenta, Gelb, Cyan, Schwarz

26 Abbildung 1:2 auf Bayersensor Rasterfrequenz = 0.15 x Nyquist

27 Abbildung 1:5 auf Bayersensor Rasterfrequenz = 0.4 x Nyquist

28 Abbildung 1:8 auf Bayersensor Rasterfrequenz = 0.6 x Nyquist

29 Geheimwissen: Arbeiten Sie im idealen Fokusbereich des Objektivs? Wie reagiert das Objektiv außerhalb dieses Bereichs, bzw. hat das Objektiv ein Floating Elements Design? Infinity Close Focus

30 Gesamtverstellung: Beim Fokussieren wird das gesamte Linsenpaket vor und zurück bewegt. Floating Design: Beim Fokussieren wird das gesamte Linsenpaket vor und zurück bewegt und zusätzlich die Hintergruppe.

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