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Design vs. Fertigung

Design vs. Fertigung

Dies ist der Abschnitt 3.6 des Leitfadens zur Bildverarbeitung.

Design vs. Fertigung

"Wie gut ist die Abbildungsleistung dieses Objektivs?" Diese Frage mag einfach klingen, aber die Antwort kann kompliziert sein. Bei der Bewertung eines Bildverarbeitungsobjektivs müssen zunächst bestimmte Faktoren berücksichtigt werden, z. B. die verwendete Beleuchtung, der Arbeitsabstand (WD) zum Objekt, der Blendenwert des Objektivs und die Sensorgröße. Diese werden in den vorherigen Abschnitten behandelt. Als nächstes muss dann die Frage geklärt werden: "Wie wird das reale Objektiv im Vergleich zum Design abschneiden?

Design

Bei der Ausarbeitung der Designspezifikationen wird davon ausgegangen, dass das Objektiv genau so gebaut wird, wie es im Design festgelegt wurde. Durch die Modellierung des Objektivs in einer Raytracing-Software wie Code V, Zemax oder einer vergleichbaren Software ist die Abbildungsleistung des Objektivs für jedes Szenario vorhersehbar und die Daten sind leicht zu extrahieren. Diese Daten liefern jedoch nicht immer die beste Einschätzung der realen Objektivleistung, da hier davon ausgegangen wird, dass das reale Objektiv genauso funktioniert, wie im Design vorgegeben. Die Fertigungstoleranzen, die beim realen Objektiv auftreten, werden außer Acht gelassen.

As-Built

Im Gegensatz dazu beschreibt "as-built" die Verwendung statistischer Vorhersagen, um zu bestimmen, wie ein Objektivdesign unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen funktionieren wird. Die As-Built-Abbildungsleistung („wie gebaut“) ist schwer vorherzusagen; es müssen viele Faktoren in das Modell mit einbezogen werden, die die Leistung des Objektivs verändern können, z. B. die absolute Position und Form der Linsenelemente sowie der Brechungsindex und die Dispersion des verwendeten Glases. Eine typische Toleranzierungsdatei - der Code, der verwendet wird, um alle möglichen Faktoren für das Modell anzugeben - besteht bei einem Design in Zemax aus 100 bis 200 und bei einem Design in Code V aus 200 bis 400 Parametern; dies kann jedoch auch je nach der Anzahl der Elemente und der Art und Weise, wie die Elemente montiert sind, erheblich variieren.

Einfach zusammengefasst bedeutet dies, dass bei der Modellierung der As-Built-Abbildungsleistung jeder Parameter auf der Grundlage der Toleranzbereiche zufällig variiert wird. Danach findet eine statistische Auswertung statt, um festzustellen, wie viele zufällig zusammengestellte Baugruppen eine passende Leistung erreichen. Es werden z. B. die Modulationstransferfunktion (MTF) bei bestimmten Frequenzen und Bildpunkten sowie weitere Faktoren ausgewertet, um daraus die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, mit der das Objektiv die Leistungsanforderungen erfüllt.

Die nominelle Leistung eines Objektivs lässt sich anhand der Designdaten für jede Konfiguration und jedes Kriterium mithilfe von MTF, Verzeichnungskurven oder Punktgröße leicht vorhersagen. Auch wenn diese Informationen keine so genauen Vorhersagen ermöglichen wie die As-Built-Abbildungsleistung nach der Toleranzierung, können sie doch eine Annäherung an die spezifischen Umstände bieten und sind ein nützliches Vergleichsinstrument.

Weitere Tipps und Informationen zum Design von einfach herzustellenden Objektiven und Baugruppen finden Sie unter Tipps für das Design von produzierbaren Objektiven und Baugruppen.

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