Anw_bez_Grundl_d_Optik mit Quelle + Copyright

Anwendungsbezogene Grundlagen der Optik
für die industrielle Bildverarbeitung:
Firmenpräsentation :
PENTAX wurde 1919 in Tokio gegründet und ist somit schon über 80 Jahre auf
dem Markt vertreten.
Der Pentax-Mutterkonzern, die japanische Asahi Optical Co. Ltd. verfügt über
10 Fabriken, die sich in Japan, Hong Kong, Taiwan, Vietnam und auf den
Philippinen befinden.
In über 100 Ländern beschäftigt Pentax etwa 6000 Mitarbeiter in 17
Niederlassungen und mehr als 100 Vertriebsfirmen.
Die deutsche Niederlassung in Hamburg wurde 1966 gegründet.
Heute sind etwa 180 Mitarbeiter bei der PENTAX Europe GmbH angestellt, von
denen ca.50 im Außendienst und 130 im Innendienst arbeiten.
PENTAX ist in Europa in den folgenden Geschäftsbereichen tätig :
Foto/Optik
Medizintechnik
Vermessungstechnik
Überwachungstechnik
Einführung :
Die industrielle Bildverarbeitung ist ein stark wachsender Markt.
PENTAX liefert bereits eine breite Palette an Objektiven für Anwendungen in der
Bildverarbeitung.
Der Vortrag enthält einen Auszug aus den Grundlagen der Objektivlehre.
Neben der Beschreibung von Fachbegriffen werden die für die Bildverarbeitung ausgelegten
PENTAX Objektive näher vorgestellt.
Für verschiedene Themenbereiche sind Beispiele und Lösungsansätze aufgeführt.
Sie sollen dem Anwender bei der praktischen Arbeit eine Grundlage bieten, um bei dem
Aufbau einer optischen Messvorrichtung optimale Ergebnisse zu erzielen.
Inhaltsverzeichnis:
Brennweite [mm] ....................................................................................................................... 3
Schnittweite (Eintauchtiefe)....................................................................................................... 4
Auflagemaß ................................................................................................................................ 4
Fokussierung .............................................................................................................................. 4
MOD (Minimale Objektdistanz) ................................................................................................ 4
Helligkeitsverteilung im Bildfeld............................................................................................... 5
Künstliche Vignettierung:....................................................................................................... 5
Natürliche Vignettierung: ....................................................................................................... 5
Schärfentiefe............................................................................................................................... 6
Hyperfokale Distanz................................................................................................................... 6
Blende......................................................................................................................................... 7
Förderliche Blende ..................................................................................................................... 7
Beugung ..................................................................................................................................... 8
Blendenform............................................................................................................................... 8
Schärfe........................................................................................................................................ 8
Auflösungsvermögen (MTF oder Kontrastübertragungsfunktion) ............................................ 9
Chromatische Aberration (Farblängsfehler und Farbquerfehler)............................................. 10
Chromatische Aberration (Farblängsfehler): ........................................................................ 10
Chromatische Aberration (Farbquerfehler): ......................................................................... 10
Fünf Seidelsche Bildfehler:...................................................................................................... 11
Sphärische Aberration (Öffnungsfehler): ............................................................................. 11
Komafehler (Asymmetriefehler):.......................................................................................... 12
Astigmatismus (Punktlosigkeit )........................................................................................... 13
Bildfeldwölbung: .................................................................................................................. 13
Verzeichnung (Distorsion).................................................................................................... 14
Vergütung (Entspiegelung) ...................................................................................................... 15
Reflexion, Absorbtion und Durchlässigkeit ............................................................................. 17
Das Format: 1/4", 1/3", 1/2", 2/3", 1" ...................................................................................... 17
Objektive für die Bildverarbeitung .......................................................................................... 18
PENTAX
MB 05.01 Ver. 1.01
2
Brennweite [mm]
Die Brennweite wird in Millimetern angegeben und ist der Abstand zwischen dem optischen
Mittelpunkt eines Objektivs und dem Brennpunkt. Das ist der Punkt, an dem sich durch die
Brechkraft der Linse, oder des Objektivs die Lichtstrahlen eines parallel einfallenden
Lichtbündels schneiden.
Charakteristisch für die Brennweite sind folgende Aussagen :
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Je größer der Bildwinkel, desto kürzer ist die Brennweite und umgekehrt.
Objektive mit kurzer Brennweite besitzen eine große Schärfentiefe und umgekehrt
Objektive mit kurzer Brennweite verzeichnen stärker als lange Brennweiten.
Objektive mit kurzer Brennweiten und hoher Lichtstärken können kompakter gefertigt
werden, als Objektive mit langen Brennweiten und hoher Lichtstärke (bei gleichem
Bildkreisdurchmesser)
Objektive mit veränderlicher Brennweite bezeichnet man als Zoom-, oder Vario Objektive.
Die Abbildungsgleichung einer Linse lautet
(f =Brennweite, g =Gegenstandsweite, b =Bildweite)
F = Brennpunkt
Ein Programm für die Berechnung von Brennweite, Arbeitsabstand und Zwischenringstärke
bzw. Tubuslänge kann unter folgendem Link heruntergeladen werden :
z.Zt. Zyklop-Software V1.4 (ca. 300 KB)
http://www.cosmicar.pentax.de/beratung/download.html
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3
Schnittweite (Eintauchtiefe)
Die Schnittweite oder Schnittlänge ist die Distanz vom Scheitelpunkt des hintersten
Linsenelements bis zur Bildebene.
Auflagemaß
Man unterscheidet zwei verschiedene festgelegte Maße:
C-Mount=17,526 mm und CS-Mount=12,5 mm.
Dies ist der Abstand vom Objektiv-Auflageflansch an der Kamera bis zum CCD-Sensor der
Kamera. Wegen fertigungsbedingter Toleranzen wird das Auflagemaß durch Feineinstellung
an den Justagemöglichkeiten der Kamera korrigiert. Durch mechanische Toleranzen ist das
Auflagemaß für jede Kombination von Zoomobjektiv und Kamera am Objektiv zu justieren.
Ein falsches Auflagemaß führt zu Schärfeverlusten während der Veränderung der
Brennweiten am Objektiv.
Fokussierung
Innerhalb der Entfernung vom Unendlichen (∞) bis zur minimalen Objektdistanz (MOD) wird
die Bildschärfe durch Verdrehen des Fokusringes eingestellt. Unterhalb der MOD wird mit
Hilfe von Zwischenringen, oder Verlängerungstuben scharfgestellt.
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Effekt: Einstellung der Bildschärfe.
Testbild: Gut ausgeleuchtete Szene mit groben Strukturen.
Technisch: Durch Abstandsveränderung zwischen Objektiv und CCD-Chip wird die Bildlage
verändert. Je dicker die eingesetzten Zwischenringe bzw. Verlängerungstuben sind, desto kleiner
werden minimale und auch die maximale Objektdistanz. Die maximale Objektdistanz verkleinert sich
allerdings schneller als die minimale Objektdistanz. Man erreicht schließlich einen Punkt, bei der eine
Verstellung des Fokusringes ohne Wirkung bleibt
Typisch für diese Objektive: Alle Objektive
MOD (Minimale Objektdistanz)
Die Minimale Objektdistanz ist der kürzeste Abstand zwischen der vordersten Linse und dem
Motiv, bei dem noch mit dem Fokusring (Einstellung auf "nah") scharf gestellt werden kann.
Mechanische Grenzen des Verstellbereiches vom Fokusring und weitere
Objektiveigenschaften, wie Brennweite und Lichtstärke bestimmen die Größe des Bereiches
zwischen MOD und dem Unendlichen.
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Helligkeitsverteilung im Bildfeld
Künstliche Vignettierung:
So bezeichnet man den Lichtabfall in den Bildecken durch mechanische (künstliche)
Verengung, wobei der Strahlengang beschnitten wird. Wenn von vorn leicht schräg durch das
Objektiv geschaut wird, ist der Grund für die Vignettierung sichtbar:
Die Lichtdurchgangsöffnung reduziert sich auf eine Mandelform.
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Effekt: Lichtabfall in den Bildecken. Eine Vignettierung wird sichtbar ab einem Lichtabfall von etwa 1
Blendenwert.
Testbild: Gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche, z.B. blauer, strukturloser Himmel, oder Testbildschirm.
Beseitigung: Durch den Anwender: Abblenden beseitigt künstliche Vignettierung.
Technisch: Die künstliche Vignettierung entsteht durch Beschneidung des Strahlenganges. Sie wird
bspw. durch die Linsenfassung im Objektivgehäuse, durch eine nicht angepasste Sonnenblende, oder
Filter verursacht.
Typisch für diese Objektive: Lange Brennweiten mit kleinen Frontlinsen, Zoomobjektive.
Natürliche Vignettierung:
So bezeichnet man den Lichtabfall in den Bildecken, der durch physikalische Effekte
(natürliche) entsteht. Der Helligkeitsabfall ist proportional zur 4.Potenz vom Cosinus des
Bildwinkels.
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Effekt: Lichtabfall in den Bildecken. Natürliche Vignettierung wird sichtbar ab einem Lichtabfall von
ungefähr 1 Blendenwert.
Testbild: Gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche, z.B. blauer, strukturloser Himmel oder Testbildschirm.
Beseitigung: Durch den Anwender: Einsatz eines an das Objektiv angepassten Center-Filters (RadialGraufilter). Abblenden bringt kaum Besserung.
Technisch: Die natürliche Vignettierung unterliegt physikalischen Gesetzmäßigkeiten und lässt sich
nicht vermeiden.
Typisch für diese Objektive: Lichtstarke Objektive, Weitwinkelobjektive. Fisheyeobjektive sind
aufgrund ihrer anderen Projektionsart von natürlicher Vignettierung nicht betroffen.
Copyright TU Berlin
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Schärfentiefe
Den Bereich zwischen vorderem und hinterem Schärfepunkt bezeichnet man als
Schärfentiefe.
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Effekt: Bei geringer Schärfentiefe erscheinen Bildelemente nur in einer bestimmten
Aufnahmeentfernung scharf, bei großer Schärfentiefe erscheint das Bild von nah, bis zum Unendlichen
scharf.
Testbild: Gleichmäßig ausgeleuchtete Szene mit Bildelementen im Unendlichen. Als Faustregel für
einen im Unendlichen liegenden Punkt wird die Brennweite des Objektivs mit 2000 multipliziert.
Technisch: Vor und hinter dem Schärfebereich liegende Bildelemente besitzen einen Unschärfekreis,
der größer ist, als der zulässige Unschärfekreis des verwendeten Sensors. Eine grobe Faustregel besagt,
daß die Schärfentiefe sich zu 1/3 vor dem Schärfepunkt und 2/3 hinter dem Schärfepunkt bewegt.
Typisch für diese Objektive: Lichtstarke- und Teleobjektive besitzen eine geringe Schärfentiefe.
Der Bereich der Schärfentiefe ist abhängig von folgenden Parametern:
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Blende: Je weiter abgeblendet wird, desto größer ist die Schärfentiefe
Objektivbrennweite: Je kurzbrennweitiger das Objektiv ist, desto größer ist die Schärfentiefe
Aufnahmeentfernung: Je weiter die Entfernung vom Motiv, desto größer ist die Schärfentiefe
Hyperfokale Distanz
Wird ein Objektiv auf ein Objekt scharfgestellt, das sich in der hyperfokalen Distanz zur
Kamera befindet, wird der Bereich der Schärfentiefe hinter dem Objekt unendlich. Diese
Position variiert je nach Objektivbrennweite und Blende
F: Lichtstärke
H: Hyperfokale Distanz
f: Brennweite
B: Objektentfernung
T1: Nahpunkt
T2: Fernpunkt
C: zul. Zerstreuungskreis
1/2“:0.0015mm
1/3“ 0.011mm)
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Blende
Die Blende reduziert die durch das Objektiv fallende Lichtmenge, indem der Strahlengang
vom Rand her beschnitten wird. Sie dient zur mechanischen Regelung der Belichtung (Mit
der Veränderung der Sensor Auslesezeit (Shutter) regelt man die Belichtung auf
elektronischem Wege). Durch das Zusammenspiel von Beleuchtungsstärke,
Blendeneinstellung und der Sensor Auslesezeit für die Einstellung der Belichtung bietet sich
die Möglichkeit, die Wirkungen verschiedener Blendenöffnungen gezielt einzusetzen. Durch
das Abschneiden der Randstrahlen werden beim Abblenden bestimmte Linsenfehler
verringert und die Schärfentiefe erhöht sich.
Die Größe der Blende gibt man in Blendenwerten (k) an, die sich aus dem Verhältnis
Brennweite (f) durch effektive Eintrittspupille (D) berechnen läßt.
f
D
Blendenwerte sind international genormt. Die Blendenstufen verändern sich mit Faktor 2 .
Von einer Blendenstufe zur nächsten verdoppelt bzw. halbiert sich die Lichtmenge, bei
Verdoppelung der Blendenzahl (z.B. von 8 auf 16) reduziert sich die Lichtmenge also auf ein
Viertel.
k=
Große Blende (lichtstark)
Kleine Blende (lichtschwach)
0,71 | 1 | 1.4 | 2 | 2.8 | 4 | 5.6 | 8 | 11 | 16 | 22 | 32
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Effekt: Die Bildhelligkeit ändert sich. Schließen verdunkelt, öffnen erhellt. Die Schärfentiefe ändert
sich. Schließen vergrößert und öffnen verkleinert die Schärfentiefe.
Empfehlung für den Anwender: Bei Makroaufnahmen nicht unnötig stark Abblenden (maximal bis
zur förderlichen Blende). Optimale Abbildungsergebnisse finden sich zwischen Blende 5,6 und 8.
Technisch: Eine mechanische Belichtungsregelung erzeugt kontrastreichere Bilder mit höherer
Schärfentiefe, als eine elektronisch geregelte Belichtung. Ausschließlich bei bewegten Motiven kann
mit einem Mix aus beiden Regelungsarten eine optimale Abbildung erreicht werden.
Typisch für diese Objektive: Alle Objektive mit einer Blende.
Förderliche Blende
Wenn sich der Abbildungsmaßstab bei etwa 1:1 und darüber bewegt, tritt der Effekt des
Schärfeverlustes durch Beugung in Erscheinung. Bei 1:1 liegt die förderliche Blende bei 22,
was eine Schärfentiefe von 2,5 Millimetern ermöglicht. Bei einer fünffachen Vergrößerung
(Maßstab 5:1) ist bereits Blende 8 das Optimum - auch wenn man wegen des sehr geringen
Schärfebereiches von gerade mal einem Zehntelmillimeter gerne weiter abblenden würde.
kf = förderliche Blende
u = Zerstreuungskreis
m = Abbildungsmaßstab
= Lichtwellenlänge in mm (mittlerer Wert: 550 nm = 0,000550 mm)
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Beugung
Im Objektiv findet Beugung an der Blende statt, so dass ab einem bestimmten Punkt die
Abbildungsqualität mit weiterem Abblenden abnimmt.
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Effekt: Die Bildschärfe nimmt über das gesamte Bildfeld ab.
Beseitigung: Durch den Anwender: Nicht unnötig stark Abblenden.
Technisch: Die Beugung hat physikalischen Ursprung und lässt sich nicht vermeiden.
Typisch für diese Objektive: Alle Objektive, deren Blenden sehr weit schließen, bzw. Objektive mit
Blenden ohne mechanischen Anschlag.
Blendenform
Jeder Punkt außerhalb der Schärfeebene wird vergrößert dargestellt. Dabei nimmt der
abgebildete (unscharfe) Punkt die Form der Blende an. Bei einer Blende mit 5 Ecken wird der
ganze Hintergrund aus 5-Ecken bestehen. Hochöffnende Objektive sollten deshalb über eine
Blende mit vielen Lamellen verfügen. Idealerweise sind diese so geschnitten, dass sie einen
Kreis bilden. Sternförmige-, oder halbmondförmige Blenden verursachen
Schärfentiefeunterschiede im Bild durch formabhängige, unterschiedliche
Öffnungsdiagonalen.
Schärfe
Wenn Licht auf einen Punkt fokussiert wird, dann ergibt sich um diesen Punkt ein
Lichtschleier, eine Art Lichthof. Je kleiner der Schärfepunkt, desto größer der Lichthof. Dies
liegt in der Wellennatur des Lichts begründet und lässt sich nicht verhindern. Wenn Licht sehr
scharf fokussiert wird, dann wird der Schärfepunkt sehr klein und man erreicht die höchste
Bildauflösung. Aufgrund des Lichthofs ist allerdings der Lichtabfall am Rande des
Schärfepunktes nur gering. Man erhält bei feinen Strukturen nur geringen Kontrast. Wird der
Schärfepunkt geringfügig größer gemacht, dann wird der Lichthof kleiner. Die Auflösung ist
geringer, dafür wird der Lichtabfall am Rand des Schärfepunktes steiler, der Kontrast erhöht
sich. Die maximale „Schärfe“ befindet sich Irgendwo im Kompromiss "Auflösung gegen
Kontrast".
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Auflösungsvermögen (MTF oder Kontrastübertragungsfunktion)
Mit Hilfe eines Testbildes mit zunehmend feiner werdender Strukturierung (Linienpaare pro
Millimeter) kann der Kontrast einer Optik gemessen werden. Bei der Abbildung dieser
Testvorlage werden die Strukturen mit zunehmender Feinheit und gewöhnlich auch zum
Bildrand hin "flauer". Die höchste optische Leistung eines Objektivs liegt üblicherweise in
der Bildmitte. Die feinsten Strukturen, die gerade noch zu erkennen sind, stellen die
Auflösungsgrenze dar.
Bezeichnet man die Helligkeit von kalkweiß mit 100% und die Dunkelheit der tief schwarzen
Fläche mit Helligkeit 0%,dann wird der Helligkeitsunterschied mit zunehmender
Linienpaardichte immer kleiner, der Kontrast wird geringer.
Die Abbildungsleistung einer Optik wird in einem Diagramm angegeben, in dem die
Strukturfeinheit (Lp/mm) in Abhängigkeit zum wiedergegebenen Kontrast abgelesen werden
kann und zwar vom optischen Zentrum bis hin zum Bildrand.
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Chromatische Aberration (Farblängsfehler und Farbquerfehler)
Chromatische Aberration (Farblängsfehler):
Die Chromatische Aberration tritt auf, weil die Lichtbrechung einer Linse von der
Wellenlänge des Lichts und somit von dessen Farbe abhängt. Daraus resultiert, daß die
Farben des Spektrums keinen gemeinsamen Brennpunkt besitzen. Diese Fokusdifferenz wird
auch als Farblängsfehler bezeichnet.
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Effekt: Schlechte Korrektur führt im Bild zu Farbsäumen. Diese sind vor allem bei scharfkantigen
Hell-Dunkel-Übergängen (schwarz nach weiß) sichtbar.
Testbild: Eine dunkle Lochrasterplatte von hinten beleuchten. Dann Kanten der Leuchtpunkte
beobachten.
Beseitigung: Durch den Anwender: Abblenden bringt Verbesserung. Durch den Gewinn von
Schärfentiefe werden die Unschärfepunkte nicht korrekt fokussierter Spektralanteile kleiner.
Technisch: Chromatische Aberration kann durch Gruppierung zweier Glassorten (Kron- und Flintglas)
oder durch den Einsatz von Gläsern mit anormaler Dispersion korrigiert werden. Fällt der rote und der
blaugrüne Spektralanteil auf der Bildebene zusammen, so wird das Objektiv Achromat genannt, bei drei
zusammenfallenden spektralen Anteilen Apochromat.
Besonders betroffene Objektive: Überwiegend Teleobjektive mitlangen Brennweiten und vielen
Linsenelementen
Chromatische Aberration (Farbquerfehler):
Der Farbquerfehler (auch Farbvergrößerungsfehler) entsteht aus der gleichen Ursache, wie der
Farblängsfehler: Die farbigen Bildanteile werden unterschiedlich groß abgebildet.
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Effekt: Der Fehler tritt nicht in der Bildmitte auf. Zum Rand und zu den Ecken hin verstärkt er sich
aber.
Beseitigung: Durch den Anwender: Der Fehler ist blendenunabhängig. Abblenden bringt keine
Verbesserung.
Typisch für diese Objektive: Teleobjektive mit langer Brennweite und vielen Linsenelementen
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Fünf Seidelsche Bildfehler:
(sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Verzeichnung)
Diese Abbildungsfehler beziehen sich auf monochromatisches Licht:
Sphärische Aberration (Öffnungsfehler):
Sphärische Linsen haben im Zentrum und am Rand unterschiedliche Brennweiten.
Lichtstrahlen, welche die Linse am Rand passieren, werden deshalb in einer anderen
Schärfeebene (hinter oder vor dem CCD-Sensor) fokussiert.
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Effekt: Das scharfe Kernbild wird von einem unscharfen überlagert. Das Bild wirkt „weich“
Beseitigung: Durch den Anwender: Der Fehler wird überwiegend von achsfernen Lichtstrahlen
verursacht und kann durch Abblenden verringert werden.
Technisch: Durch asphärische Linsenkonstruktion.
Typisch für diese Objektive: Überwiegend lichtstarke Objektive.
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Komafehler (Asymmetriefehler):
Der Komafehler kommt zustande, weil sich bei einem schräg einfallenden Strahlenbündel die
sphärische Aberration aufgrund der Asymmetrie stärker auswirkt. Die so genannte Koma
verstärkt sich mit zunehmendem Abstand von der Bildmitte (optische Achse).
Es lassen sich zwei Formen der Koma unterscheiden:
Die meridionale Koma erscheint als strahlenförmige Verwischung mit der optischen Achse
als Zentrum; die Aberration besitzt hier eine tropfenähnliche Form.
Die sagittale Koma bildet rautenförmige Flecken, die auf konzentrischen Kreisen um die
Bildmitte herum entstehen.
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Effekt: Ein Lichtpunkt in der Bildecke wird bei einem unkorrigierten Objektiv oval mit unscharf
verlaufender Seite (kometenartig) wiedergegeben. Am auffälligsten ist die Koma bei starken Kontrasten
und großer Blende sichtbar.
Testbild: Ein Sternenhimmel, oder eine dunkle Lochrasterplatte von hinten beleuchten.
Beseitigung: Durch den Anwender: Abblenden bringt Besserung.
Technisch: Eine Korrektur ist bei einem völlig symmetrischen Objektivaufbau mit mittiger Blende
möglich.
Typisch für diese Objektive: Lichtstarke Objektive, Weitwinkelobjektive, Zoomobjektive.
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Astigmatismus (Punktlosigkeit )
Astigmatismus ist ein Abbildungsfehler, bei dem die Brennpunkte der Meridionalebene und
der Sagittalebene unterschiedlich sind. Die längere (meridionale) Schnittebene unterliegt
daher einer stärkeren sphärischen Aberration als die kürzere (sagitale). Daraus folgt eine
unscharfe Abbildung der Punkte der Gegenstandsebene in der Bildebene. Diese erscheinen als
Striche oder Ovale.
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Effekt: Der Fehler verursacht einen Schärfeabfall zum Bildrand hin.
Beseitigung: Durch den Anwender: Abblenden bringt Besserung
Technisch: Astigmatismus kann durch kleine Blendenöffnungen verringert, jedoch nicht vollständig
verhindert werden.
Bildfeldwölbung:
Die Bildfeldwölbung ist insbesondere bei Weitwinkelobjektiven ein Problem Die Punkte der
Gegenstandsebene werden in der Bildebene zwar verzerrungsfrei, nicht jedoch an allen
Stellen gleich scharf abgebildet. Dies kommt dadurch zustande, weil achsferne Punkte näher
abgebildet werden als achsnahe.
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Effekt: Unschärfen am Bildrand, oder in der Mitte ( je nach Fokussierung ).
Testbild: Testbildschirm mit Text, oder Streifenmuster.
Beseitigung: Durch den Anwender: Abblenden bringt Besserung durch zunehmende Schärfentiefe
und dadurch kleiner werdende Unschärfepunkte.
Typisch für diese Objektive: Lichtstarke Objektive, Weitwinkelobjektive, Zoomobjektive
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Verzeichnung (Distorsion)
Nichtsymmetrischer Aufbau der Optik mit Blende vor (tonnenförmige Verzeichnung) oder
hinter (kissenförmige Verzeichnung) dem optischen Zentrum der Optik.
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Effekt: Tonnen- oder kissenförmige Verzeichnung der Bildfläche.
Testbild: Millimeterpapier, jede Gerade am Bildrand.
Beseitigung: Durch den Anwender: Geometrische Verzeichnung können nicht beseitigt werden.
Technisch: Durch symmetrischen Objektivaufbau mit mittiger Blende lässt sich die Distorsion
vermeiden; geometrische Entzerrung mittels Bildverarbeitung
Typisch für diese Objektive: Weitwinkelobjektive; teilweise extreme Verzeichnungen bei
Zoomobjektiven, durch Lageänderung der Blende zur optischen Konstruktion beim Zoomen.
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Vergütung (Entspiegelung)
Eine besonders wichtige Eigenschaft bei Objektiven. Verminderung von Streulicht in der
Optik, ist die Qualität der Vergütung. Wenn Aufnahmen bei hoher Beleuchtungsintensität
gemacht werden, z.B. die Lichtquelle selbst, oder die Sonne mit im Bild sind, spielt die
Vergütung eine besonders wichtige Rolle. Reflexe und Geisterbilder zu Bildstörungen führen,
Streulicht vermindert Kontraste, das Bild kann unscharf werden. Aber auch bei sehr
kontrastarmen Motiven kann durch ein hochvergütetes kontrastreich abbildendes Objektiv
eine optimale Abbildung geschaffen werden.
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Effekt bei schlechter Vergütung: Bei Aufnahmen mit hoher Beleuchtungsintensität (Lichtquelle, oder
Sonne im Bild) entstehen Reflexionen, Geisterbilder, oder Lichtschleier auf dem Bild. Unscharfe und
kontrastarme (Dynamikverlust) Bilder entstehen. Die Abriebfestigkeit bei einer Reinigung ist nicht
gegeben. Folge: Das Objektiv ist gänzlich unbrauchbar !
Testbild: 1.) Heller Testbildschirm mit einem großflächigem Anteil weiß und mit einer Grautreppe.
2.) Gegenlichtaufnahme mit Sonne im Bild. 3.) Blendung der Frontlinse von außerhalb des Bildwinkels.
Beseitigung: Durch den Anwender: Das Bild schlecht vergüteter Objektive kann kaum verbessert
werden: Evtl. Verwendung von monochromatischem Licht, Einsatz von Filtern, Schutz vor Blendung
Technisch: Die Vergütung ist das know how eines jeden Optik Herstellers und ein Kostenfaktor.
Typisch für diese Objektive: Alle Objektive. Besonders jedoch Lichtstarke Objektive mit großen
Frontlinsen, Konstruktionen mit vielen Linsen (z.B. Zoomobjektive), Weitwinkelobjektive mit großem
Bildwinkel.
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Mit einer auf bestimmte Wellenlänge abgestimmten Peakbeschichtung kann auch die
Transmission des Objektivs beeinflußt werden. Die Reflektionseigenschaften verschiedener
Materialien sind bspw. für IR-Licht anderes, als bei sichtbaren Wellenlängen.
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Effekt: Durch den verlagerten „Arbeitspunkt“ ist eine Schärfeeinstellung einfacher. Die
Lichtdurchlässigkeit (Transmission) für IR-Licht kann zu 45% angehoben werden. In der
Bildverarbeitung können kontrastreichere Aufnahmen bspw. von Lötstellen auf Platinen gemacht
werden.
Testbild: Außengelände nachts abwechselnd mit sichtbarem Scheinwerferlicht und IR-Halogenstrahler,
oder LED-Strahler ausleuchten. Lötstellen auf einer Platine.
Technisch: IR-Beleuchtung kann nur mit s/w-CCD Kameras ohne montiertem IR-cut Filter verwendet
werden. Standard Zoom Objektive mit langen Brennweiten verlieren bei einer IR-Peakvergütung die
Korrekturmaßnahmen für Abbildungsfehler und bilden dadurch an den Rändern unscharf ab. Außerdem
verlieren sie trotz Auflagemaßeinstellung den Fokus beim Zoomen. Wichtig hierbei:
Monochromatisches Licht verwenden, bzw. Einsatz von Tageslicht Sperrfiltern.
Typisch für diese Objektive: Auf Anfrage für fast alle Objektive anwendbar.
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Reflexion, Absorbtion und Durchlässigkeit
Fällt auf einen Körper Licht, so wird wie bei der Wärmestrahlung ein Teil der Lichtenergie
reflektiert; der andere Teil dringt in den Körper ein, wird dort entweder absorbiert und in
Wärme umgewandelt, oder er durchdringt den Körper und tritt wieder aus. Der
Reflexionsgrad ist abhängig vom Material und der Oberflächenbeschaffenheit. Der
Absorptionsgrad und der Transmissionsgrad ändern sich mit der Materialdicke.
Die obengenannten Effekte sind auch abhängig vom Frequenzspektrum des Lichts.
Das Format: 1/4", 1/3", 1/2", 2/3", 1"
Die Bezeichnung "Format" besagt, dass das ausgewählte Objektiv einen Bildkreis ausleuchtet,
dessen Durchmesser dem Kamera-CCD-Chip mit der gleichen Größenangabe entspricht.
Objektive mit großem Format sind ohne Einschränkungen an Kameras mit kleinerem CCDSensor-Format zu verwenden, jedoch nicht umgekehrt. Beim Einsatz von z. B. einem 2/3"Objektiv an einer 1/3"-Kamera verändert sich jedoch der Bildwinkel. In einer
Umrechnungstabelle für horizontale Bildwinkel sind die Änderungen dargestellt.
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Objektive für die Bildverarbeitung
Im Produktsortiment finden sich neben manuellen Objektiven mit Fixierschrauben für Fokus
und Blende auch Objektive mit elektrisch ansteuerbaren Blenden und Motorzoom Objektive.
Für die immer häufiger anzutreffenden Megapixel Kameras wurde eine spezielle Serie
hochauflösender Objektive ins Programm aufgenommen:
1.) Objektive für die Bildverarbeitung mit Fixierschrauben
(siehe http://www.cosmicar.pentax.de/produkte/objektive/grp0000000028.lhtml )
2.) Hochauflösende Objektive mit Fixierschrauben
(siehe http://www.cosmicar.pentax.de/aktuell/meldung/a0005210.lhtml )
3.) Fernsteuerbare Objektive mit galvanometrisch angetriebener Blende. Eine Spannung
zwischen 1,5V und 5,5V öffnet und schließt die Blende stufenlos
(siehe http://www.cosmicar.pentax.de/produkte/objektive/grp0000000033.lhtml 000033.lhtml )
4.) Motorzoom Objektive mit fernsteuerbarer Blende und Rückmeldepotentiometer für
Zoom- und Fokusposition (alle Typen mit Endung –F)
(siehe http://www.cosmicar.pentax.de/produkte/objektive/grp0000000036.lhtml )
5.) 3 motorische Objektive mit und ohne Rückmeldepotentiometer)
(siehe http://www.cosmicar.pentax.de/produkte/objektive/grp0000000037.lhtml )
Zentrale/Auftragsabwicklung:
C. Dickschat:
Telefon: 040/56192-109
J. Bondzio
Telefon: 040/56192-306
Telefax: 040/567423
email: www.pentax.de
Verkaufsleiter Nord:
Michael Broszio
Anfangstr. 16
42697 Solingen
Telefon: 0212/313103
Telefax: 0212/2308007
Mobil: 0172/7705715
email: [email protected]
www.pentax.de
Verkaufsleiter
Deutschland/Österreich:
Thomas Feichtner
Eichendorffstr. 25
66386 St. Ingbert
Telefon: 06894/888018
Telefax: 06894/888019
Mobil: 0172/3191974
email: [email protected]
www.pentax.de
Auszüge mit freundlicher Genehmigung
durch
Herrn Andreas Hurni
Bundesamt für Metrologie/Bern - Schweiz
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