Telezentrische Objektive

Diese spezielle Art von Objektiven wird vor allem bei Mess-Applikationen eingesetzt, wenn es darum geht, bei schwankenden Objektpositionen (über das Bildfeld hinweg in X- und Y-Richtung) ohne perspektivische Verzerrung  zu messen. Der Öffnungswinkel der Optik beträgt dabei innerhalb einer bestimmten festen Zone  quasi null Grad, das heißt, dass der Strahlengang hier im Idealfall absolut parallel verläuft.

Als Folge davon weist das Bild keinen perspektivischen Fehler auf, überall im Bild wird absolut strahlengangparallel  abgebildet: im Vergleich zu einer entozentrischen Optik wird nicht nur in der Bildmitte sondern auch am Bildrand senkrecht inspiziert. In räumliche Strukturen, wie Bohrungen und Flanken wird am Rand nicht hineingeblickt.

entozentrisch	telezentrisch: kein perspektivischer Fehler

Eine weitere Besonderheit von telezentrischen Objektiven ist der Effekt, auch in axialer Richtung (Z-Richtung, zur Kamera hin oder weg) innerhalb eines definierten Bereiches gemessene Strecken den selben Abbildungsmaßstab aufzuweisen. Das heißt, auch wenn das Objekt einmal etwas näher oder weiter weg von der Kamera positioniert ist, ändern sich die gemessenen Strecken im Bild nicht! Der Bereich, in dem diese Eigenschaft gültig ist, nennt sich Telezentrie-Bereich. Er liegt innerhalb des Schärfentiefe-Bereichs, ist aber NICHT mit diesem identisch.

Wann werden telezentrische Objektive eingesetzt?

• Wenn verschiedene Messungen auf verschiedenen Objektebenen (z.B. Bohrung "oben / unten") durchzuführen sind mit miteinander verglichen werden sollen.
• Wenn der Abstand vom Objekt zum Objektiv variiert, weil die Zuführung nicht ganz präzise ist. Erst eine telezentrische Optik garantiert innerhalb des Telezentriebereichs gleiche Abbildungsmaßstäbe und konsistente Ergebnisse.
• Wenn die Lage des Bauteils in X- oder Y-Richtung sehr stark schwankt und trotzdem reproduzierbar genau gemessen werden muss, da telezentrische Objektive sehr kleine geometrische Verzeichnungseffekte aufweisen.
• Wenn Löcher inspiziert oder ausgemessen werden müssen. Eine saubere Kontur ohne perspektivischen Fehler und keinen Blick in die schräge Seitenwand kann nur eine telezentrische Optik geben.

Generell gilt: Für alle Präzisionsmessungen sollten, falls möglich, telezentrische Messobjektive genutzt werden. Sie sind der Garant für Wiederholgenauigkeit der Messungen auch unter nicht vollständig idealen Bedingungen.

Grundlagen Telezentrie

Objektseitige Telezentrie

In den meisten  Anwendungen sind die Objektive nur zum Prüfobjekt hin telezentrisch, da es hauptsächlich um die korrekte Erfassung eines Bauteils geht. Ein objektseitig telezentrischer Strahlengang  wird durch eine Sammellinse erzeugt, die eine Blende in der bildseitigen Brennebene aufweist. Ein Objektiv dieser Bauart wird in der Regel eingesetzt, um die oben beschriebenen Applikationen zu lösen: mit objektseitiger Telezentrie kann der perspektivische Fehler vermieden und auch bei Schwankungen des Arbeitsabstands maßstabsgetreu gemessen werden.

Bildseitige Telezentrie

Etliche Objektive sind so konstruiert, dass nur zum Kamerasensor hin der Strahlengang parallelisiert wird, also der Brennpunkt im Unendlichen liegt. Ein bildseitig telezentrischer Strahlengang  wird durch eine Sammellinse erzeugt, die eine Blende in der objektseitigen Brennebene aufweist. Vorteil dieser Konstruktion ist die gleichmäßig senkrechte Belichtung des Kamerasensors. Besonders die heute üblichen Interline-Transfer-CCDs haben zur Maximierung der Quanteneffizienz Mikrolinsen  auf den einzelnen Sensorpixeln aufgebracht. Fällt das Licht vor allem am Sensor-Rand schräg auf diese optischen Mikrolinsen, treten dort massiv Vignettierungs-Effekte auf. Das Bild würde ohne bildseitige Telezentrie stark randseitig abgedunkelt. Je größer der Sensorchip im Verhältnis zum Objektiv-Mount wird, desto eher lässt sich dieser Effekt beobachten. Hier sollte eventuell eine bildseitig telezentrische Optik eingesetzt werden.

Beidseitige Telezentrie

Kombiniert man beide Methoden miteinander, kann man auch Objektive mit beidseitiger Telezentrie konstruieren. Diese weisen höchste Güte bezüglich optischer Fehler auf, sind allerdings teurer in der Herstellung. Diese Objektive weisen typischerweise eine besonders hohe objektseitige Schärfentiefe auf. Außerdem weisen diese Optiken theoretisch keine geometrischen Abbildungsfehler auf, da der optische Strahlengang objekt- wie bildseitig nahezu ideal parallel veräuft.