Wie kann man ein Objektiv auf zwei Entfernungen gleichzeitig fokussieren?

Wie kann man ein Objektiv auf zwei Entfernungen gleichzeitig fokussieren?

 

Je kleiner der Bildausschnitt und je kürzer der Arbeitsabstand eines Objektivs, desto kleiner auch die erreichbare Schärfentiefe. Bei einem Bildausschnitt von 5×5 mm kann die Schärfentiefe z.B. nur 1/10 mm betragen. Möchte man jetzt die relative Position zweier Objekte messen die z.B. 5 mm Höhenunterschied haben, ist klar, dass nur eines der Objekte scharf abgebildet werden kann. Es gibt aber einen Trick, mit dem es gelingt, zwei verschiedene Arbeitsabstände gleichzeitig zu fokussieren, auch wenn diese relativ stark unterschiedliche Entfernungen vom Objektiv haben. Die Idee kommt aus der Beobachtung, dass planparalleles Glas (z.B. ein Filter, ein Fenster) im Strahlengang den Abstand verändert, der zum Fokussieren nötig ist. Da zusätzliche Gläser Bildfehler (chromatische Aberration, Koma) verursachen, funktioniert dieser Trick am besten, bzw. “nur” mit telezentrischen Objektiven.

 

Wenn man auf ein Objekt scharfstellt was sich z.B. in 60 mm Entfernung befindet und bringt ein 1 cm dickes optisches Glas zwischen Objekt und Objektiv, beobachtet man, dass die Kamera ca. 3 mm zurückgesetzt werden muss, damit das Objekt wieder scharf erscheint.

 

Lässt man die Kamera am alten Platz, verschiebt sich stattdessen die Schärfeebene. Der Trick besteht nun darin, nur das halbe Bild mit einer Glasplatte abzudecken – ein weiterer Grund warum das Objektiv telezentrisch sein muss.

focus through glass

Da beim Objektivdesign das zusätzliche Glas entweder berücksichtigt wurde, oder nicht, leidet die Bildqualität/Auflösung im jeweils andern Fall.