Was ist ein telezentrisches Objektiv?
Eine telezentrische Objektive ist ein Objektiv, dessen optische Achse parallel zum Hauptlichtstrahl verläuft. Mit diesem Objektiv können Bilder ohne Blickwinkel und ohne Fehler durch Parallaxe aufgenommen werden. Selbst Objekte mit unebener Oberfläche oder Tiefe können mit konstanter Vergrößerung abgelesen werden, wodurch es sich für die Präzisionsbearbeitung eignet. Es kann auch Bilder ohne stereoskopischen Effekt erzeugen, so dass in der Mitte und an den Rändern des Bildes keine Verzerrung auftritt, und wird für die Inspektion kleinster Kratzer und die Erkennung von Verunreinigungen auf Objekten verwendet, die das Licht leicht reflektieren, wie z. B. Glasflächen.
Anwendungen telezentrischer Objektive
Telezentrische Objektive werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Ein Beispiel ist die Prüfung von dreidimensionalen Objekten. Wird ein dreidimensionales Bauteil, z. B. eine Stecknadel, mit einem normalen Objektiv fotografiert, sieht das Bild in der Mitte anders aus als an den Rändern. Das liegt daran, dass das Objekt durch die Parallaxe verzerrt wird. Mit einem telezentrischen Objektiv kann jedoch ein genaues Bild ohne Verzerrung abgelesen werden. Sie werden auch zur Untersuchung auf Verschmutzungen und Kratzer verwendet. Der Grund dafür ist, dass es einfacher ist, Schmutz und Kratzer zu finden, ganz abgesehen davon, dass die Parallaxe verhindern kann, dass sie übersehen werden. Telezentrische Objektive ermöglichen es, den Reflexionsgrad des Lichts als Kontrastunterschied zu lesen, so dass auch kleinste Staubpartikel und Kratzer erkannt werden können.
Funktionsweise der telezentrischen Objektive
Telezentrische Objektive zeichnen sich dadurch aus, dass der Hauptstrahl und die optische Achse parallel verlaufen, lassen sich aber je nach Verwendungszweck in drei Haupttypen unterteilen:
- Telezentrische Objektive auf der Objektseite
Das Objektiv befindet sich auf der Objektseite, und das Hauptlichtbündel ist nur auf der Objektseite parallel. Die Größe des Objekts ändert sich nicht, auch wenn sich das Objekt hin und her bewegt, und kann genau gemessen werden. Dieser Typ kann auch in einer relativ kompakten Größe aufgebaut werden. - Telezentrische Objektive auf der Bildseite
Das Objektiv befindet sich auf der Bildseite und die Hauptstrahlen sind nur auf der Bildseite parallel. Die Größe und die Abmessungen des Bildes ändern sich, wenn sich das Objekt hin und her bewegt. Der Vorteil ist jedoch, dass die Helligkeit in der Bildebene gleichmäßig ist. - Beidseitig telezentrische Objektive
Es werden zwei Objektive verwendet, wobei die Hauptstrahlen auf der Objekt- und der Bildseite parallel verlaufen. Es ermöglicht genaue Messungen ohne Größenänderungen, selbst wenn das Objekt hin und her bewegt wird, und ist genauer als objektseitige telezentrische Objektive. Der Nachteil ist jedoch, dass sie größer sind und mehr kosten.
Nachteile von telezentrischen Objektiven
Telezentrische Objektive haben den Nachteil, dass sie in der Regel einen großen Durchmesser haben: Es werden nur Lichtstrahlen abgebildet, die senkrecht zur Oberfläche des CCD/CMOS-Elements einfallen, so dass der geeignete Objektivdurchmesser für das System von den Elementabmessungen abhängt.
Ist das abzubildende Objekt klein, kann der Objektivdurchmesser entsprechend verkleinert werden, aber der Objektivdurchmesser muss im Verhältnis zur Größe des Objekts vergrößert werden. Dies erschwert den Einsatz von telezentrischen Objektiven in Bereichen, in denen der Platz sehr begrenzt ist.
Darüber hinaus eignen sie sich nicht für Systeme, die die binokulare Parallaxe oder andere binokulare Merkmale nutzen, um eine Starrkörpertransformation der Kamera durchzuführen (z. B. VR und AR). Der Grund dafür ist, dass die Tiefeninformation verloren geht. Es wird nur paralleles Licht extrahiert, so dass Objekte auf der Rückseite und auf der Vorderseite mit derselben Vergrößerung abgebildet werden.
Dies macht es für 3D-Starrkörper-Transformationen ungeeignet. Der Vorteil kann auch ein Nachteil sein, je nachdem, wie er genutzt wird, daher ist Vorsicht geboten.
Kalibrierung von telezentrischen Objektiven
Zu beachten ist, dass telezentrische Objektive nicht unbedingt ideale Objektive sind.
Der Ausdruck fehlerfrei bedeutet nur, dass die Bedingungen annähernd ideal sind, da die durch den Bildwinkel verursachten Fehler im Vergleich zu normalen Objektiven reduziert werden können. Bei der Verzeichnung zum Beispiel ist eine optische Verzeichnung von ±0,5 % üblich, die jedoch nicht verallgemeinert werden kann, da sie vom Objektiv abhängt.
Natürlich ist die Verzeichnung immer noch geringer als bei einem normalen Objektiv. Bei normalen Objektiven sind Verzeichnungen von ±20 % oder mehr üblich. Der Unterschied in der Leistung wird deutlich, wenn man auf einen einzelnen Verzeichnungspunkt fokussiert.
Auch hier ist zu bedenken, dass die Verwendung telezentrischer Objektive nicht bedeutet, dass es keine Verzeichnung gibt. Wenn ein Fehler von ±0,5 % die Leistung nicht beeinträchtigt, ist eine Verzeichnungskorrektur natürlich nicht erforderlich und das Objektiv ist ideal für das System.
Beeinträchtigt er jedoch die Leistung, ist eine Software- oder Hardware-Verzeichnungskorrektur erforderlich, genau wie bei normalen Objektiven.