Das perfekte Objektiv!?

Transkript

1 1 Das perfekte Objektiv!? Bad Kreuznach, Nov. 2015

2 2 Ein perfektes Objektiv Was ist das? Eine mögliche Definition: Ein Objektiv ist dann perfekt, wenn es die Realität exakt auf den Sensor abbildet.... aber gibt es das? NEIN - weil wir die Physik nicht überlisten können!

3 3 Beugung und Grenzfrequenz Aufgrund von Beugungseffekten nimmt auch bei einem idealen Objektiv der Kontrast bei feiner werdenden Strukturen immer weiter ab bis er bei der Grenzfrequenz null ist. Grenzfrequenz = 1/(Blendenzahl x Wellenlänge) Beispiel 1: Blende 5.6, Wellenlänge 546nm Grenzfrequenz = 1/(5.6 x mm) = 327 lp/mm Beispiel 2: Blende 22, Wellenlänge 950nm Grenzfrequenz = 1/(22 x mm) = 48 lp/mm

4 4 Schärfentiefe Auch ein ideales Objektiv ist nur in der Lage, Objektive in einer einzigen Entfernungsebene maximal scharf abzubilden. Alles davor und dahinter wird aufgrund der linearen Strahlverläufe mehr oder weniger unscharf abgebildet. Den Bereich noch akzeptabler Schärfe wird Schärfentiefe genannt. Sie ist abhängig vom Abbildungsmaßstab und der gewählten Blende.

5 5 Ein perfektes Objektiv Was ist das? Ein neuer Versuch der Definition: Ein Objektiv ist dann perfekt, wenn es den physikalisch bedingten Bildverschlechterungen keine weiteren hinzufügt.... aber gibt es das? Zumindest gibt es Objektive, die dieser Definition sehr nahe kommen!

6 6 Das Objektiv ein Sammelsurium von Fehlern Jedes Objektiv besitzt eine Vielzahl von Abbildungsfehlern. Weißes Licht von einem Objektpunkt trifft auf die erste Linsenfläche und wird entsprechend des Brechungsgesetzes in verschiedene Richtungen abgelenkt. Es ist praktisch nicht möglich, alle Strahlen wieder in einem Punkt zusammenzuführen. 1. Fläche letzte Fläche Bildebene Objektiv

7 7 Abbildungsfehler Teil 1 Sphärische Aberration Astigmatismus

8 8 Abbildungsfehler Teil 2 Koma Bildfeldwölbung

9 9 Abbildungsfehler Teil 3 Chromatische Aberrationen Verzeichnung

10 10 Was bedeutet das für die Praxis? Es ist nicht möglich, alle diese Fehler und dazu noch einige nichtgenannte wie z. B. Helligkeitsabfall, Streulicht, Farbstich, etc. komplett auf null zu reduzieren. Es ist aber theoretisch möglich, die meisten dieser Fehler so weit zu reduzieren, dass ihre Einflüsse kleiner sind als die physikalischen Beugungseffekte. Ein sogenanntes beugungsbegrenztes Objektiv könnte damit als das perfekte Objektiv gelten.

11 11 Ist ein solch perfektes Objektiv perfekt? Leider nicht! Es gibt viele Gründe, warum ein Objektiv, dessen Abbildungsleistung am Rande des technisch Machbaren liegt, nicht die perfekte Lösung für eine bestimmte Abbildungsaufgabe ist. - Stichwort Mikrolinsen - Stichwort Moiré - Stichwort Perspektive

12 12 Stichwort Mikrolinsen Viele Sensoren sind heutzutage mit Mikrolinsen auf den Pixeln ausgestattet, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Diese Mikrolinsen führen aber dazu, dass schräg einfallendes Licht neben den lichtempfindlichen Teil des Pixels abgebildet wird. Viele Objektive berücksichtigen diesen Effekt nicht ausreichend, was zu Abschattungen in den Randbereichen führt.

13 13 Stichwort Mikrolinsen Um ein Objektiv mit Mikrolinsen verwenden zu können, sollte der bildseitige Hauptstrahlwinkel 10 nicht überschreiten. ohne Mikrolinsen Apo-Xenoplan 2,0/24 winkelabhängige Sensorempfindlichkeit Quelle: ON Semiconductor Datenblatt KAI Anti-Shading-Objektiv mit maximalem Hauptstrahlwinkel von 9,5 mit Mikrolinsen

14 14 Stichwort Moiré Wenn ein Objektiv eine deutlich höhere Auflösung bietet als die Auflösung des Sensors, entstehen im Bild Strukturen, die im Objekt nicht vorhanden sind. Entsprechend darf die Auflösung des Objektivs auch nicht zu hoch sein.

15 15 Stichwort Perspektive Die Abbildung eines Objektes hängt auch vom Bildwinkel des Objektivs (z.b. Weitwinkel, Tele) und der Art des Objektivs (z.b. endozentrisch, telezentrisch) ab. Für die jeweilige Abbildungsaufgabe muss das entsprechende Objektiv gewählt werden. Das perfekte Objektiv für alle Aufgaben gibt es nicht. endozentrisch telezentrisch

16 16 Was ist denn nun das perfekte Objektiv? Es ist das Objektiv, mit dem sich Ihre Bildverarbeitungsaufgabe ohne Einschränkungen durch das Objektiv lösen lässt. Dabei sind viele verschiedene Parameter zu berücksichtigen: - Sensorgröße - Pixelgröße - Mechanische Schnittstelle - Objektgröße - Arbeitsabstand - Festbrennweite / Zoom - Abbildungsleistung - Spektralbereich - Lichtstärke - Schärfentiefe - Perspektive - Baugröße / Gewicht - Mechanische Stabilität - Motorisierung - Verfügbarkeit - Preis

17 17 Wie mache ich ein Objektiv zum perfekten Objektiv? Ein Objektiv kann nicht über den gesamten Entfernungsbereich optimale Ergebnisse liefern. Es sollte daher in dem Entfernungsbereich eingesetzt werden, für den es optimiert worden ist. Beispiel: Xenon-Emerald 2.2/50 MTF bei verschiedenen Abbildungsmaßstäben Maßstab 1:20 OO = 1119mm optimiert auf 1:10 OO = 609mm Maßstab 1:6 OO = 408mm

18 18 Wie mache ich ein Objektiv zum perfekten Objektiv? In der Regel zeigt ein Objektiv erst bei Abblendung um 2-3 Stufen seine beste Leistung. Blendet man weiter ab, verringert sie sich durch Beugungseinflüsse wieder. Das Objektiv sollte daher im optimalen Blendenbereich verwendet werden. Beispiel: Apo-Componon 4.0/ / 25 / 50 Lp/mm, M 1:8 Blende 4 Blende 8 Blende 13.5

19 19 Wie mache ich ein Objektiv zum perfekten Objektiv? Wird ein Objektiv über einen großen Spektralbereich eingesetzt, reduzieren Farbfehler die Abbildungsleistung. Ein eingeschränkter Spektralbereich, z.b. durch hochwertige Bandpassfilter, erhöht in vielen Fällen die Abbildungsleistung. Beispiel: Xenoplan 2.8/50, Blende 5.6, 12.5 / 25 / 50 Lp/mm, M 1: nm 465nm +/-35nm IFG BP HT

20 20 Wie mache ich ein Objektiv zum perfekten Objektiv? Wird ein Objektiv über einen großen Spektralbereich eingesetzt, reduzieren Farbfehler die Abbildungsleistung. Ein eingeschränkter Spektralbereich, z.b. durch hochwertige Bandpassfilter, erhöht in vielen Fällen die Abbildungsleistung. Beispiel: Xenoplan 2.8/50, Blende 5.6, 12.5 / 25 / 50 Lp/mm, M 1: nm 590nm +/-25nm IFG BP HT

21 21 Fazit Das perfekte Objektiv gibt es tatsächlich zumindest für viele Anwendungsfälle der industriellen Bildverarbeitung. Dabei ist zu beachten, dass das richtige Objektiv ausgewählt und dieses auch optimal eingesetzt wird. Im Folgenden stellen wir noch kurz ein paar Spezialisten aus dem Hause Schneider-Kreuznach vor, die auch für Ihre Anwendung das perfekte Objektiv sein könnten.

22 22 Die Spezialisten Kompaktbaureihe nm Der High-End-Standard bis 2/3 Xenon-Ruby Die leichte und preiswerte Lösung bis 1/1,8 Xenon-Topaz Die neue 1 -Reihe für große Entfernungen

23 23 Die Spezialisten Anti-Shading Die Spezialisten für Mikrolinsen bis 1,3 Xenon-Emerald Die Robusten bis 43mm Bildkreis V38-System Der universelle Baukasten, auch für den Nahbereich

24 24 Die Spezialisten Telezentrische Objektive Präzision für die besondere Perspektive Xenon-Zirkonia / -Sapphire / -Diamond High-End für Zeilen bis 83mm Zeilenlänge Industriefilter für den perfekten Spektralbereich

25 25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! Gerne begrüßen wir Sie auch an unserem Stand!

26 26 Jos. Schneider Optische Werke GmbH, Copyright 2010