DE29810950U1 - Objektiv mit einer Blende sowie eine CCD-Kamera - Google Patents
Objektiv mit einer Blende sowie eine CCD-KameraInfo
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Description
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GEYER, FEHNERS & PARTNER
European Patent Attorneys
Perhamerstraße 31 · D-80687 München
Telefon: (089) 5461520 · Telefax: (089) 546 0392 ■ Telex: 5218915 gefe d · Telegramme: gefepat muenchen
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Anwaltsakte: Gbm 2032/32 Datum: 18. Juni 1998
HENKE-SASS, WOLF GMBH
Kronenstraße 16
D-78632 Tuttlingen
D-78632 Tuttlingen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv mit einer Blende zur Verbesserung der Schärfentiefe bei
einer Kamera, wobei die Blende in einem zentralen Bereich eine radial gleichmäßige
Transmissionsfunktion, gemittelt über den Umfangswinkel, aufweist. Weiter bezieht sich die
Erfindung auf eine CCD-Kamera, bei der dieses Objektiv vorteilhaft einsetzbar ist.
Objektive sind beispielsweise von fotografischen Kameras bekannt. Um die Lichtintensität bei der
Belichtung eines fotografischen Films zu begrenzen, wird in derartigen Objektiven üblicherweise
eine Blende vorgesehen, die zwar bei dieser Anwendung üblicherweise einstellbar ist und
deswegen nicht vollständig rund erscheint, aber optisch im wesentlichen immer ein kreisrundes
Loch darstellt, also im Bereich eines Loches eine radial unabhängige Transmissionsfunktion
aufweist.
Diese Blende hat aber noch weitere Aufgaben. Durch Begrenzung des Lichts auf Strahlen in der
Nähe der optischen Achse werden erstens die Abbildungseigenschaften des Objektivs durch
Ausblenden der äußeren Linsenbereiche verbessert, zweitens wird mit der Verkleinerung der
Blende auch eine erhöhte Schärfentiefe gewonnen.
Insbesondere bei kleinen Kameras, beispielsweise CCD-Kameras in Endoskopen, die wegen der
miniaturisierten Ausführung häufig kleine Blenden verlangen, kann jedoch die Auslegung dieser
Blende problematisch werden. Eine zu kleine Blende verschlechtert nämlich auch das
Auflösungsvermögen für die Bilddarstellung, weil aufgrund der Wellennatur des Lichts am
-2-Blendenrand
immer eine merklich Beugung stattfindet, welche die mögliche Bildauflösung begrenzt und bei Verkleinerung der Blende ab einer bestimmten Untergrenze dominierend wird.
immer eine merklich Beugung stattfindet, welche die mögliche Bildauflösung begrenzt und bei Verkleinerung der Blende ab einer bestimmten Untergrenze dominierend wird.
Insbesondere bei CCD-Kameras, bei denen die einzelnen Elemente zur Bilddarstellung
üblicherweise in der Größenordnung von Mikrometern liegen, mit denen also auch Beugungseffekte
im Mikrometerbereich erfaßt werden können, ergibt sich schon bei Blenden in der Größenordnung
von Millimetern eine deutlich sichtbare Beugungsbegrenzung. Man könnte diesbezüglich die Blende
natürlich vergrößern, würde dabei aber an Schärfentiefe verlieren, was jedoch für die Endoskopie,
wenn die Bildaufnahme mittels einer CCD-Kamera erfolgt, völlig inakzeptabel ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Blenden für derartige Objektive zu verbessern, damit
sie insbesondere für CCD-Kameras geeignet werden und mit denen sowohl die Schärfentiefe als
auch die Auflösung für die Bilddarstellung erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird bei einem Objektiv der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die die
Blende bestimmende Transmissionsfunktion erst in einem den eingangs genannten zentralen
Bereich fortsetzenden, radialen Übergangsbereich gegen Null abfällt.
Daß diese Aufgabe überhaupt lösbar ist, ist zunächst physikalisch unerwartet, da der
Blendendurchmesser bisher als unüberwindliche Grenze für eine Verbesserung der Auflösung
angesehen wurde. Es gab in der Vergangenheit überhaupt keine Veranlassung von kreisförmigen
Blenden mit radial-rechteckförmiger Transmissionsfunktion abzugehen, da man sich davon die
beste Schärfentiefe versprach und bisher den Auflösungsverlust bei kleinerem Durchmesser der
Blende immer in Kauf nahm, da alle bekannten physikalischen Lehrbücher das maximal erreichbare
Auflösungsvermögen allein auf den kleinsten Linsen- oder Blendendurchmesser zurückgeführt
haben.
Derartige Blenden haben immer einen scharfen Rand, so daß das die Auflösung begrenzende
Beugungsbild mathematisch im wesentlichen durch eine Besselfunktion nullter Ordnung dargestellt
werden kann. Im Gegensatz dazu ist aber das Beugungsbild der Blende bei dem
erfindungsgemäßen Objektiv durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Übergangsbereich immer
eine Summe von verschiedenen Besselfunktionen. Durch Auswahl der Form der Blende und/oder
der Ausbildung der Transmissionsfunktion lassen sich zur Darstellung des Beugungsbilds Beiträge
höherer Besselfunktionen zufügen, die aufgrund anderer Phasenlage das breite Maximum der
Besselfunktion nullter Ordnung in der Nähe kleiner Radien schmaler machen können. Insbesondere
auch durch den erfindungsgemäß vorgesehenen, durch den Übergangsbereich erweiterten Bereich
für die Beugung wird auch der die Auflösung dominierende Besselfunktionsbeitrag nullter Ordnung
-3-ZU
kleineren Radien skaliert, so daß sogar schon deswegen das die Auflösung begrenzende Beugungsbild in der Nähe des Nullpunktes wesentlich schärfer wird. Die Tiefenschärfe ist jedoch wegen der im zentralen Bereich vorkommenden höheren Lichtintensität im wesentlichen durch diesen vollständig bestimmt. Insbesondere wird so bei verbesserter Tiefenschärfe auch eine verbesserte Auflösung möglich.
kleineren Radien skaliert, so daß sogar schon deswegen das die Auflösung begrenzende Beugungsbild in der Nähe des Nullpunktes wesentlich schärfer wird. Die Tiefenschärfe ist jedoch wegen der im zentralen Bereich vorkommenden höheren Lichtintensität im wesentlichen durch diesen vollständig bestimmt. Insbesondere wird so bei verbesserter Tiefenschärfe auch eine verbesserte Auflösung möglich.
Unerwarteterweise hat sich gezeigt, daß eine mit einem derartigen Objektiv ausgerüstete Kamera
auch wesentlich lichtempfindlicher war. Dies könnte zwar erwartet werden, da der zentrale Bereich
bezüglich Durchlässigkeit der Blende durch den Übergangsbereich etwas vergrößert ist.
Gleichzeitig hätte aber dann erwartet werden müssen, daß auch die Schärfentiefe abnimmt. Bei
geeigneter Auslegung des erfindungsgemäßen Objektivs wurde aber beobachtet, daß die
Schärfentiefe trotz erhöhter Lichtempfindlichkeit nicht abnahm.
Insbesondere haben sich für die Auslegung der Blende bei einem erfindungsgemäßen Objektiv die
folgenden Weiterbildungen der Erfindung als besonders günstig erwiesen. Bei einer ersten
Weiterbildung der Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, daß die radiale Transmissionsfunktion
mit einem Radius R1 bis auf 90% des zentralen Werts sowie bei einem Radius R2 bis auf 10% des
zentralen Werts abfällt und R2-Ri größer als 0,1 R1 ist.
Bei einer anderen diesbezüglich vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
radiale Transmissionsfunktion bei einem Radius R1 bis auf 90% des zentralen Werts sowie bei
einem Radius R2 bis auf 10% des zentralen Werts abfällt und (R2-Ri)<Ri ist.
Insbesondere wurde festgestellt, daß die obengenannten vorteilhaften Ergebnisse in einfacher
Weise erreichbar sind, wenn R2ZR1-I auf 0,8+0,1 festgelegt ist.
Aufgrund dieser Festlegung des den zentralen Bereich fortsetzenden radialen Bereich in der
Größenordnung 10% bis 100% des Radius des zentralen Bereichs ist der Beitrag größerer Anteile
zur Auflösungserhöhung einerseits nicht zu klein, um wirksam zu sein, andererseits führt die
Fortsetzung des Bereichs bis auf das doppelte des zentralen Bereiches auch ungefähr zur
Verdopplung des Auflösungsvermögen, so daß dadurch eine merkliche Auflösungssteigerung ohne
wesentliche Verschlechterung der Schärfentiefe feststellbar ist. Insbesondere hat sich der
angegebene Wert von R2ZR1-I=O1StO1I für praktische Anwendungen als besonders geeignet
erwiesen.
Die erfindungsgemäß geforderte, vorstehend näher angegebene radiale Transmissionsfunktion läßt
sich auf verschiedene Arten verwirklichen. Beispielsweise kann die Blende durch ein Glas mit im
-A-
Übergangsbereich radial ansteigendem Schwärzungsgrad ausgebildet werden. Als wesentlich
vorteilhafter hat es sich jedoch erwiesen, wenn die Blende zur Ausführung der radialen
Abhängigkeit des Abfalls in dem den zentralen Bereich fortsetzenden Übergangsbereich
Ausschnitte in einem ansonsten lichtundurchlässigen Material aufweist. Man erhält so eine Blende,
bei der beispielsweise der den zentralen Bereich fortsetzende radiale Übergangsbereich bezüglich
der gewünschten Transmission so ausgestaltet wird, daß in dem abblendenden Material
beispielsweise kleine Löcher mit nach außen abnehmender Lochdichte freigehalten werden. Dazu
ist aber anzumerken, daß durch kleine Löcher zwar wieder ein neuer Beugungseffekt zu erwarten
ist, der aber im wesentlichen ausgeglichen werden kann, wenn die Verteilung dieser kleinen Löcher
beispielsweise einer Zufallsverteilung gehorcht. Unerwarteterweise hat sich gegenüber einer
derartigen Ausführungsform jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ausschnitte in
Umfangsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
Diesbezüglich ist eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausschnitte mit gleichem Winkel 360°/n in Umfangsrichtung beabstandet sind. Aufgrund der
dadurch entstehenden Symmetrie werden nämlich auch die zur Beugung zusätzlich beitragenden
Besselfunktionen ausgewählt, deren Lösung ja in Umfangrichtung bekannterweise periodisch mit
dem Umfangswinkel verläuft. Man erzwingt aufgrund dieser Weiterbildung also das Vorkommen
von Besselfunktionen höherer als der nullten Ordnung, insbesondere der Ordnung mit der ganzen
Zahl &eegr; und ganzzahliger Vielfache von dieser, was auch eine Wahl einer geeigneten Phasenlage
dieser Beiträge aufgrund geeigneter Formgebung für eine besonders günstige Erhöhung des
Auflösungsvermögens ermöglicht.
Für die Praxis hat sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als besonders geeignet erwiesen,
wenn die Zahl n>5 ist.
Unerwarteterweise hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Zahl &eegr; gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung auf den Wert 5, 6 oder 7 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon
festgelegt ist. Nachdem dieses Ergebnis experimentell gefunden wurde, konnte dafür sogar eine
plausible Erklärung gefunden werden. Diese Besselfunktionen weisen ein Maximum in der Gegend
des Abfalls der Besselfunktion nullter Ordnung auf. Wenn es durch entsprechende Formgebung der
Blende möglich wird, diese Beiträge in umgekehrter Phasenlage zur Besselfunktion nullter Ordnung
zu erzeugen, wird der Gesamtabfall der Beugungsbilder im Bereich des Beugungsmaximums
wesentlich schärfer und die mögliche Auflösung also noch wesentlich effektiver verbessert. Eine
derartige Form wird noch später in einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
-5-Wie
vorstehend schon erläutert wurde, könnte man die gewünschte Transmissionsfunktion der Blende auch durch Löcher in dem Blendenmaterial im radialen Übergangsbereich vorsehen. Derartige Löcher können aber wieder neue Beugungseffekte verursachen, wodurch die aufgrund des vorgesehenen Übergangsbereichs gewonnene Auflösung weit vom Optimum bleibt. Gemäß dieser Überlegungen wird man also eine Blende vorziehen, die keine geschlossenen, vor allen Dingen keine runden Ausschnitte in dem zentralen Bereich fortsetzenden Übergangsbereich aufweist.
vorstehend schon erläutert wurde, könnte man die gewünschte Transmissionsfunktion der Blende auch durch Löcher in dem Blendenmaterial im radialen Übergangsbereich vorsehen. Derartige Löcher können aber wieder neue Beugungseffekte verursachen, wodurch die aufgrund des vorgesehenen Übergangsbereichs gewonnene Auflösung weit vom Optimum bleibt. Gemäß dieser Überlegungen wird man also eine Blende vorziehen, die keine geschlossenen, vor allen Dingen keine runden Ausschnitte in dem zentralen Bereich fortsetzenden Übergangsbereich aufweist.
Aufgrund dieser Überlegungen wurde die Blende weiter optimiert. Es hat sich gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung diesbezüglich insbesondere als besonders günstig erwiesen, wenn die
Blende mit einem sternförmigen Übergangsbereich um einen kreisförmigen Zentralbereich
ausgebildet ist.
Aufgrund der vorstehend genannten, mit Hilfe von mathematischen Überlegungen gebildeten
Vorstellungen hätte man keine derart einfache Blendenform erwartet. Insbesondere läßt sich aber
eine derartige Blende auch in einfacher Weise fertigen. Dies war für die Weiterverbesserung der
erfindungsgemäßen Blende ein weiteres unerwartetes, für den Einsatz dieser Blenden besonders
vorteilhaftes Ergebnis.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Blende als
lichtundurchlässige Schicht, insbesondere aus Aluminium, auf einer Linse aufgedampft ist.
Zunächst würde man auch bezüglich dieser Ausführungsform keine besondere Verbesserung
erwarten. Es hat sich aber gezeigt, daß auch dadurch eine wesentliche Auflösungserhöhung
gegenüber einer beispielsweise einzelnen Blende, die vor eine Linse gelegt wird, erreichbar ist.
Dies wird vor allen Dingen darauf zurückgeführt, daß das durch die Blende gehende Licht sofort in
das Glas der folgenden Linse geleitet wird, wodurch Abweichungen in der Lichtausbreitungsrichtung aufgrund des Snelliusschen Brechungsgesetzes, demgemäß jede
Winkeländerung bezüglich der Oberflächennormalen verkleinert wird, ausgeglichen werden.
Dadurch können Beugungseffekte wegen der Nähe zu einer Glasoberfläche, die durch die
genannte Linse gegeben ist, geringer gehalten werden.
Dieser Vorteil macht sich vor allen Dingen dann vorteilhaft bemerkbar, wenn die Flächennormale im
Bereich der Blendenöffnung konstant bleibt, bzw. über den Blendenbereich nur wenig variiert, diese
Linse also plan oder eben ist. Die oben genannten Vorteile lassen sich beispielsweise bei einer
handelsüblichen CCD-Kamera besonders dann äußerst einfach erreichen, wenn die Blende auf die
vorderste Linse des Objektivs aufgedampft wird. Da man handelsübliche CCD-Kameras mit planer
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ersten Linsenfläche käuflich erwerben kann und bei diesen auch der Aufdampfprozess mit
Aluminium ohne vollständiges Auseinandernehmen der Kamera möglich ist, vereinfacht sich die
notwendige Änderung, eine erfindungsgemäße Blende auf dem für die Kamera schon vorgesehenen Objektiv einzusetzen, in vorteilhafter Weise.
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Insbesondere für die Endoskopie ist es wegen der etwas länglichen Optik für eine günstige
Anordnung der Kamera äußerst vorteilhaft, Bilder aus Bereichen, die unter einem Winkel zur
optischen Achse der CCD-Kamera liegen, aufzunehmen. Dafür ist vorgesehen, daß vor der auf der
Frontlinse befindlichen Blende ein Prisma und ein Achromat angeordnet sind. Das Prisma erlaubt
eine Aufnahme von Bildern gewinkelt zur optischen Achse des Objektivs. Der Achromat ist
vorgesehen, um die durch das Prisma bedingten Farbfehler zu korrigieren.
Wie vorstehend schon ausgeführt wurde, lassen sich derartige Kameras besonders vorteilhaft für
die Endoskopie einsetzen, bzw. wurden die oben näher angegebenen Ausführungsformen für die
Blenden, die aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel noch besser verstanden werden,
insbesondere für den Endoskopiebereich optimiert. Es hat sich aber auch gezeigt, daß die
vorhergehend beschriebenen Objektive auch für andere CCD-Kameras und andere zur Abbildung
einsetzbare Objektive besonders geeignet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung noch näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Erläuterung des Auflösungsvermögens in Abhängigkeit des Blendendurchmessers;
Fig. 2 eine Erläuterung der Transmissionsfunktion einer Blende, die bei dem
erfindungsgemäßen Objektiv besonders vorteilhaft einsetzbar ist;
Fig. 3 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Blende und
Fig. 4 eine Objektiveinheit für eine CCD-Kamera, die insbesondere für die Endoskopie
geeignet ist und die mit der Blende gemäß Fig. 3 ausgestattet ist.
In Fig. 1 ist zur Erläuterung noch einmal der bekannte Verlauf eines Beugungsmusters bei einer
Blende schematisch dargestellt. Insbesondere sind in Fig. 1 Kurven 1 und 3 von um den Umfang
gemittelten Transmissionen in funktionaler Abhängigkeit vom Radius R, dem Abstand vom Zentrum
der Blende zu sehen.
&igr; *
&igr; * **&idigr;
-7-Bei
einer runden Blende ist die Transmissionsfunktion im wesentlichen ein Kastenprofil, wie es beispielsweise in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen, schematisch dargestellt ist. Die Kurve 2 zeigt ferner schematisch die Amplitude des dazugehörigen Beugungsmuster an einer Blende, wie es sich sowohl aus den Abmessungen der Blende als auch aus der Wellenlänge des durch das Objektiv hindurchgehenden Lichts ergibt. Bei Vergrößerung des Blendendurchmessers,
einer runden Blende ist die Transmissionsfunktion im wesentlichen ein Kastenprofil, wie es beispielsweise in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen, schematisch dargestellt ist. Die Kurve 2 zeigt ferner schematisch die Amplitude des dazugehörigen Beugungsmuster an einer Blende, wie es sich sowohl aus den Abmessungen der Blende als auch aus der Wellenlänge des durch das Objektiv hindurchgehenden Lichts ergibt. Bei Vergrößerung des Blendendurchmessers,
wie es durch die gestrichelte Linie mittels der Kurve 3 gezeigt ist, skaliert das erwartete
Beugungsmuster aufgrund der bekannten Beugungsgesetze mit dem Radius R und verschiebt sich
dabei in einen engeren Bereich, wie es als Kurve mit dem Bezugszeichen 4 schematisch dargestellt
ist.
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Dies bedeutet, je größer die Blende in einem Objektiv ist, desto besser wird das
Auflösungsvermögen. Dagegen verringert sich die Schärfentiefe, die praktisch vom Winkelbereich
abhängt, den das Objektiv erfaßt.
Gegenüber den üblichen kreisrunden Blenden mit der als Kurve 1 gezeigten rechteckförmigen
Transmissionsfunktion wird hier ein weicherer Übergang von maximaler zu minimaler Transmission
vorgeschlagen, wie er in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 5 beispielhaft gezeigt ist.
Diese Funktion zeigt einmal einen flachen Bereich und danach zwischen R1 und R2 entsprechend
10% und 90% des Werts im zentralen Bereich einen langsamen Abfall.
Aufgrund dieses weichen Übergangs werden zu der im Kastenprofil erwarteten Beugungskurve 2
auch noch engere Beiträge im Beugungsmuster, wie sie beispielhaft in der Kurve 4 von Fig. 1 zu
sehen sind, zum Beugungsbild der Blende addiert, so daß schon dadurch die Auflösung verbessert
wird.
Zur Definition des gewünschten Transmissionsverhalten sind in Fig. 2 die Radien R1 und R2
eingetragen, die sich auf den Abfall von 90% und 10% der Transmissionskurve beziehen. Für ein
Objektiv, dessen zentraler Strahlengang mit einer Blende begrenzt ist, hat sich insbesondere als
vorteilhaft herausgestellt, wenn R2-R1
> 0,1 R1 ist, R2-R1
< R1 ist, bzw. R2ZR1-I=O1SiO1I ist.
Den gemäß Fig. 2 gezeigten Transmissionsverlauf kann man beispielsweise mit einer runden
Blende erzielen, die mit Hilfe einer geschwärzten Quarzplatte ausgebildet ist, die im Zentralbereich
durchlässig ist, deren Schwärzungsgrad aber nach außen hin immer mehr zunimmt. Als wesentlich
vorteilhafter hat es sich jedoch herausgestellt, wenn zur Verwirklichung dieser Transmissionsfunktion auch in Umfangsrichtung kein gleichmäßiger Verlauf der
Transmissionsfunktion gegeben ist. Dies hat nämlich zur Folge, daß die zur Kurve 2 beitragenden,
-8-durch
den Übergangsbereich entstehenden Anteile wesentlich durch Besselfunktion höherer Ordnung bestimmt sind, die in der Nähe R=O gegen Null gehen, jedoch ein vom Nullpunkt versetztes Maximum aufweisen. Bei entsprechender, durch die Form der Blende gegebener Phasenlage, führen diese dazu, daß in der breiten Flanke der Beugungskurve 2 ein Großteil der Intensität weginterferiert und die Auflösung weiter verbessert ist.
den Übergangsbereich entstehenden Anteile wesentlich durch Besselfunktion höherer Ordnung bestimmt sind, die in der Nähe R=O gegen Null gehen, jedoch ein vom Nullpunkt versetztes Maximum aufweisen. Bei entsprechender, durch die Form der Blende gegebener Phasenlage, führen diese dazu, daß in der breiten Flanke der Beugungskurve 2 ein Großteil der Intensität weginterferiert und die Auflösung weiter verbessert ist.
Für die dann vorgesehene Abweichung von einer gleichmäßigen Transmission in Umfangrichtung
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Blende mittels eines lichtundurchlässigen Material ausgeführt
ist, bei der im Übergangsbereich Ausschnitte in Umfangsrichtung vorgesehen sind, die mit gleichem
Winkel 3607n voneinander beabstandet sind. Dies hat vor allen Dingen die Wirkung, daß die
Besselfunktion geringster Ordnung, die zur Erhöhung der Auflösung durch veränderte Phasen
beiträgt, vom Grade &eegr; ist. Für besonders günstige Auflösungserhöhungen hat es sich dabei
insbesondere gezeigt, wenn &eegr; > 5 ist und insbesondere &eegr; auf den Wert 5, 6 oder 7 oder ein
ganzzahliges Vielfaches davon festgelegt ist.
In Fig. 3 ist eine derartige Blende 6 gezeigt, die als sternförmiger Ausschnitt 7 in einem
lichtundurchlässigen Material ausgebildet ist. Diese sternförmige Blendenöffnung 7 hat eine
Sechersymmetrie, ist also mit &eegr; = 6 ausgeführt.
Diese Blende wurde bei einem Objektiv gemäß Fig. 4 eingesetzt. Auf einer planen Fläche einer
Frontlinse 8 wurde die in Fig. 2 gezeigte Blendenstruktur 6 bzw. 7 aufgedampft. Als dafür
geeignetes Material hat sich insbesondere Aluminium erwiesen.
In dem Schnitt von Fig. 4 sind bei dem Objektiv die Frontlinse 8, gefolgt von einer Aufweitungslinse
9, gezeigt, denen wiederum mehrere Feldlinsen 10, 11 in Lichtausbreitungsrichtung nachgeordnet
sind. Diese Art von Objektiven ist insbesondere für CCD-Kameras geeignet.
Um auch CCD-Bilder in einem Winkel zur optischen Achse erfassen zu können, wurde im
Ausführungsbeispiel ein Prisma 12 verwendet, vor dem noch ein Achromat 13 vorgesehen ist, mit
dem Farbfehler durch das Prisma 12 ausgeglichen werden, indem dessen Dispersionsverhalten so
gewählt ist, daß es die von dem Prisma 12 gegebene Dispersion kompensiert. Dadurch werden
auch Auflösungsverluste durch verschiedene Wellenlängen sehr weit eingegrenzt, so daß sich mit
der in Fig. 2 gezeigten Blende bei Verwendung dieses Objektivs an einer CCD-Kamera insgesamt
eine besonders hohe Auflösung ergibt, deren Beugungsverbreiterung geringer als die zur
Bildaufnahme eingesetzten CCD-Elemente war.
-9-In
dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau begrenzt die Blende 7 auch auf achsnahe Strahlen, so daß auch die Schärfentiefe bei dem Objektiv gemäß Fig. 4 gegen Blenden mit einer rechteckigen radialen Transmissionsfunktion erhöht ist, bei denen die Blende zur Vermeidung von Auflösungsverlusten immer eine gewissen minimale Größe haben mußte.
dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau begrenzt die Blende 7 auch auf achsnahe Strahlen, so daß auch die Schärfentiefe bei dem Objektiv gemäß Fig. 4 gegen Blenden mit einer rechteckigen radialen Transmissionsfunktion erhöht ist, bei denen die Blende zur Vermeidung von Auflösungsverlusten immer eine gewissen minimale Größe haben mußte.
Für diese Objektive mit der gemäß Fig. 3 gezeigten Blende oder aber auch allgemeiner mit einer
Transmissionscharakteristik, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, lassen sich jedoch nicht nur CCD-Kameras
ausrüsten, sonder auch fotografische Objektive, beispielsweise zur Mikroverfilmung, bei
denen ebenfalls eine hohe Auflösung erwünscht ist.
Claims (14)
1. Objektiv mit einer Blende zur Verbesserung der Schärfentiefe bei einer Kamera, wobei die
Blende in einem zentralen Bereich eine radial gleichmäßige Transmissionsfunktion, gemittelt über
den Umfangswinkel, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese radiale Transmissionsfunktion
erst in einem diesen zentralen Bereich fortsetzenden, radialen Übergangsbereich gegen Null abfällt.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Transmissionsfunktion bei
einem Radius R1 bis auf 90% des zentralen Werts sowie bei einem Radius R2 bis auf 10% des
zentralen Werts abfällt und R2-R1X)1I R1 ist.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale
Transmissionsfunktion bei einem Radius R1 bis auf 90% des zentralen Werts sowie bei einem
Radius R2 bis auf 10% des zentralen Werts abfällt und (R2-R1)<R1 ist.
4. Objektiv nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß R2ZR1-I=CeIO1I ist.
5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende
(Ausschnitte) zur Ausbildung der radialen Abhängigkeit des Abfalls Ausschnitte in dem den
zentralen Bereich fortsetzenden Übergangsbereich aufweist.
6. Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte mit gleichem Winkel
360°/n in Umfangsrichtung beabstandet sind.
7. Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl n>5 ist.
8. Objektiv nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl &eegr; auf den Wert 5, 6
oder 7 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon festgelegt ist.
9. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende einen
sternförmigen Übergangsbereich außerhalb eines kreisförmigen Zentralbereiches aufweist.
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10. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende als
lichtundurchlässige Schicht, insbesondere aus Aluminium, auf einer Linse aufgedampft ist.
11. Objektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Fläche der Linse, auf der
die Blende aufgedampft ist, plan ist.
12. Objektiv nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende vor der
vordersten Linse des Objekts angeordnet ist.
13. Objektiv nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Blende ein Prisma und
ein Achromat vorgesehen sind.
14. CCD-Kamera, insbesondere für ein Endoskop mit einem mit einer Blende versehenen Objektiv
nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29810950U DE29810950U1 (de) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Objektiv mit einer Blende sowie eine CCD-Kamera |
US09/329,836 US6606125B1 (en) | 1998-06-18 | 1999-06-10 | Shutter, in particular for an objective, and a CCD-camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29810950U DE29810950U1 (de) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Objektiv mit einer Blende sowie eine CCD-Kamera |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29810950U1 true DE29810950U1 (de) | 1998-08-20 |
Family
ID=8058744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29810950U Expired - Lifetime DE29810950U1 (de) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Objektiv mit einer Blende sowie eine CCD-Kamera |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6606125B1 (de) |
DE (1) | DE29810950U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015002869B3 (de) * | 2014-12-14 | 2016-06-16 | Sopro-Comeg Gmbh | Stablinsensystem mit Sternblende |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007045668A1 (de) * | 2007-09-25 | 2009-04-02 | Binder-Kontakte Gmbh | Spektrometer mit Eintrittsspalt und die Herstellung des Eintrittsspaltes |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1943734U (de) | 1963-11-07 | 1966-08-04 | Zeiss Ikon Ag | Objektiv fuer fotografische kameras. |
DE2031828C3 (de) | 1969-06-28 | 1973-09-27 | Canon K.K., Tokio | Irisblende für eine Kamera |
DE2712837B2 (de) | 1976-03-25 | 1980-02-14 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokio | Mikroskop mit großer Schärfentiefe |
US4598980A (en) | 1983-07-23 | 1986-07-08 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Objective optical system for endoscope |
DE3629435C2 (de) | 1985-08-29 | 1988-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, Jp | |
DE3636684A1 (de) | 1986-10-28 | 1988-05-11 | Rodenstock Optik G | Filter zur kompensation des helligkeitsabfalls in der bildebene eines objektives |
US4831456A (en) | 1986-12-08 | 1989-05-16 | Olympus Optical Co., Ltd. | Imaging apparatus using a solid-state imaging element having a substrate |
DE4231251C2 (de) | 1992-09-18 | 1994-09-22 | Contraves Gmbh | Kameraeinrichtung |
DE4210555C2 (de) | 1992-03-31 | 1997-03-20 | Karlsruhe Forschzent | Vorsatzoptik für eine Kamera |
DE19742973A1 (de) | 1996-09-30 | 1998-04-16 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Optisches System für elektronische Endoskope |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5706091A (en) * | 1995-04-28 | 1998-01-06 | Nikon Corporation | Apparatus for detecting a mark pattern on a substrate |
US6069651A (en) * | 1995-04-20 | 2000-05-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Imaging apparatus for endoscopes |
US6287296B1 (en) * | 1995-11-30 | 2001-09-11 | Herbert Schwind Gmbh & Co. Kg | Device for the removal of tissue from the cornea of an eye |
JPH09298683A (ja) * | 1996-04-26 | 1997-11-18 | Sony Corp | 映像信号処理方法及び映像信号処理装置 |
JP3723645B2 (ja) * | 1996-09-20 | 2005-12-07 | ペンタックス株式会社 | 絞り機構の絞り原点調整方法および装置 |
-
1998
- 1998-06-18 DE DE29810950U patent/DE29810950U1/de not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-06-10 US US09/329,836 patent/US6606125B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1943734U (de) | 1963-11-07 | 1966-08-04 | Zeiss Ikon Ag | Objektiv fuer fotografische kameras. |
DE2031828C3 (de) | 1969-06-28 | 1973-09-27 | Canon K.K., Tokio | Irisblende für eine Kamera |
DE2712837B2 (de) | 1976-03-25 | 1980-02-14 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokio | Mikroskop mit großer Schärfentiefe |
US4598980A (en) | 1983-07-23 | 1986-07-08 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Objective optical system for endoscope |
DE3629435C2 (de) | 1985-08-29 | 1988-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, Jp | |
DE3636684A1 (de) | 1986-10-28 | 1988-05-11 | Rodenstock Optik G | Filter zur kompensation des helligkeitsabfalls in der bildebene eines objektives |
US4831456A (en) | 1986-12-08 | 1989-05-16 | Olympus Optical Co., Ltd. | Imaging apparatus using a solid-state imaging element having a substrate |
DE4210555C2 (de) | 1992-03-31 | 1997-03-20 | Karlsruhe Forschzent | Vorsatzoptik für eine Kamera |
DE4231251C2 (de) | 1992-09-18 | 1994-09-22 | Contraves Gmbh | Kameraeinrichtung |
DE19742973A1 (de) | 1996-09-30 | 1998-04-16 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Optisches System für elektronische Endoskope |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
FOWLES,Grant R.: Introduction to Modern Optics, Holt, Rinehart and Winston, Inc., New York, et.al., 1968, S.137-139 |
OJEDA-CASTANEDA,Jorge, et.al.: Bessel annular apodizers: imaging characteristics. In: Applied Optics, Vol.26, No.14, 15. July 1987, S.2770-S.2772 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015002869B3 (de) * | 2014-12-14 | 2016-06-16 | Sopro-Comeg Gmbh | Stablinsensystem mit Sternblende |
WO2016096111A1 (de) | 2014-12-14 | 2016-06-23 | Sopro-Comeg Gmbh | Stablinsensystem mit sternblende |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6606125B1 (en) | 2003-08-12 |
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