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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs
einer relativen Helligkeit eines Bildes, das mit einem Objektiv
und einem elektronischen Bildaufnehmer (Sensor) aufgenommen wird,
der eine hauptstrahlwinkelabhängige
Empfindlichkeit in horizontaler Richtung aufweist. In der modernen
digitalen Bildaufnahmetechnik werden neben den erforderlichen optischen
Komponenten zunehmend CCD-Sensoren für die Bildaufnahme eingesetzt.
Ein weit verbreiteter CCD-Sensor-Typ ist dabei der vielfach in Kleinbildkameras
verwendete Interline-Transfer-CCD-Bildsensor.
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Problematisch
ist beim Interline-Transfer-CCD-Bildsensor, dass der Verlauf der
relativen Empfindlichkeit abhängig
ist vom Winkel des bildseitigen Strahlenganges, insbesondere in
horizontaler Richtung. Das hat seine Ursache u. a. in der unsymmetrischen
Form des lichtempfindlichen Bereiches der Sensorzellen. Dabei entspricht
ein großer
Einfallswinkel einer geringeren relativen Beleuchtungsstärke auf
dem Sensor. Dieser Effekt ist weitestgehend unabhängig von
der Blendenöffnung
des Objektivs. Die Einfallswinkel, die u. a. auch durch die Brennweite
des Objektivs bestimmt werden, sind im Allgemeinen umso größer, je
kleiner dessen Schnittweite bzw. Brennweite ist.
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Diese
Relationen führen
zu dem Effekt, dass im horizontalen Verlauf die relative Helligkeit
eines erzeugten Bildes von der Bildmitte zum Bildrand hin abnimmt.
Dadurch entsteht im horizontalen Verlauf im Bereich des Bildrandes
ein unerwünscht
starker Helligkeitsabfall. Im Gegensatz dazu wirkt sich der bildseitige
Strahlengang in vertikaler Richtung auf dem Sensor nur so geringfügig aus,
dass dieser Einfluss auf die relative Helligkeit eines Bildes vernachlässigt werden
kann.
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Die
Abhängigkeit
des horizontalen Verlaufs der Empfindlichkeit des Sensors vom bildseitigen Einfallswinkel
ist noch stärker
bei Aufnahmesystemen, bei denen die Empfindlichkeit der Interline-Transfer-CCD-Bildsensoren
durch die sogenannte „lens-on-chip-Technik", d. h. durch das
Aufsetzen einer Mikrolinse auf jede einzelne Sensorzelle erhöht wurde.
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Eine
Einflussnahme auf den horizontalen Verlauf der Helligkeit eines über ein
Aufnahmesystem mit einem Interline-Transfer-CCD-Bildsensor erzeugten Bildes kann durch
eine Verlängerung
der Schnittweite des Objektivs mit einer Retrofokus-Konstruktion
erreicht werden. Eine solche Lösung
hat aber den Nachteil, das die Objektive bei gleicher Leistung größer und
teurer werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Möglichkeit
anzugeben, den horizontalen Verlauf einer relativen Helligkeit eines
Bildes, das mit einem Objektiv und einem elektronischen Bildaufnehmer
(Sensor) aufgenommen wird, der eine hauptstrahlwinkelabhängige Empfindlichkeit
in horizontaler Richtung aufweist, zu homogenisieren.
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Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
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Die
Aufgabe wird u. a. durch ein Verfahren gelöst. Im Folgenden werden einzelne
Schritte dieses Verfahrens näher
beschrieben. Die Schritte müssen
nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden,
und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte
aufweisen.
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Zunächst wird
für das
Verfahren zum Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen Helligkeit
eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem elektronischen Bildaufnehmer
(Sensor) aufgenommen wird, der eine hauptstrahlwinkelabhängige Empfindlichkeit
in horizontaler Richtung aufweist, ein Verlaufsfilter mit einem
horizontalen Verlauf der Abschwächung
einer Transmission von elektromagnetischer Strahlung ausgewählt.
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Die
horizontale Richtung verläuft
dabei rechtwinklig zu den streifenförmig vertikal angeordneten
Belichtungs- und Speicherbereichen des Sensors und in deren Ebene.
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Als
nächster
Schritt erfolgt das Auswählen einer
räumlichen
Position des horizontalen Verlaufsfilters hinsichtlich des Objektivs.
Die räumliche
Position des Verlaufsfilters wird in der Regel – aber nicht notwendigerweise – so gewählt, dass
der Strahlengang bei dieser Position ausreichend entkoppelt ist, d.
h. dass das extreme horizontale Randstrahlbündel und das Strahlenbündel der
Bildmitte auf dem Verlaufsfilter nicht überlappen. Der Filter hat die
größte Wirkung
dort, wo die größte Entkoppelung
stattfindet.
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Der
Verlaufsfilter kann dabei sowohl vor dem Objektiv als auch hinter
dem Objektiv positioniert werden. Bei Weitwinkelobjektiven wird
der Filter beispielsweise vor dem Objektiv positioniert, wodurch eine
hinreichende Entkopplung des Strahlengangs gewährleistet ist.
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Weiterhin
werden der Sensor, das Objektiv und der Verlaufsfilter als optisches
System modelliert.
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Nach
diesem Schritt wird das Modell des optischen Systems dahingehend
optimiert, dass ein möglichst
homogener horizontaler Verlauf der relativen Helligkeit über das
gesamte Bild erreicht wird. Dabei werden zur Optimierung die räumliche
Position des Verlaufsfilters innerhalb des optischen Systems und
der horizontale Verlauf der Abschwächung der Transmission elektromagnetischer
Strahlung durch den Verlaufsfilter variiert.
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Die
Modellierung und Optimierung des beschriebenen optischen Systems
erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe eines Rechners und einer entsprechenden
Optik-Standardsoftware.
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Die
Transmission bezeichnet die Durchlässigkeit des Filters. Die Transmissionseigenschaften des
Filters bestimmen, welche Verluste elektromagnetische Strahlung
beim Durchlaufen des Filters durch Absorption oder teilweise oder
gar vollständige Reflektion
erleidet. Die Transmissionseigenschaften werden bevorzugt durch
den prozentualen Transmissionsgrad des Filters charakterisiert.
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Als
elektromagnetische Strahlung wird bei der vorgeschlagenen Lösung vorzugsweise
sichtbares Licht angenommen, aber auch jede andere elektromagnetische
Strahlung, die das verwendete Aufnahmesystem nachweisen kann.
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Auf
der Oberfläche
des Verlaufsfilters wird ein Material aufgebracht, beispielsweise
wird ein Metall aufgedampft (typischerweise Aluminium), welches
die Transmissionseigenschaften des Verlausfilters bzw. seine Reflexionseigenschaften
variiert. Die Reflexionseigenschaften sind dabei abhängig von der
Dichte der aufgebrachten Metallschicht.
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Durch
den Einsatz eines Verlaufsfilters verringert sich die Gesamtlichtausbeute
des Systems auf ca. 80% des ursprünglichen Wertes, abhängig von
den Eigenschaften des Sensors und des Objektivs.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
wird die Abschwächung
der Transmission des Filters in der Regel so variiert, dass sie
in horizontaler Richtung von der Bildmitte zum Bildrand hin geringer
wird. Das bedeutet, dass der Filter einen von der Mitte zum Rand
zunehmenden horizontalen Transmissionsgrad aufweist. Dabei nimmt
die Dichte des auf den Verlaufsfilter aufgebrachten Materials im
horizontalen Verlauf von der Mitte zum Rand hin ab.
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Insgesamt
wird der horizontale Verlauf der relativen Helligkeit eines aufgenommenen
Bildes dabei durch die Eigenschaften des Sensors und durch die relative
Beleuchtungsstärke
des Objektivs in Abhängigkeit
vom Bildwinkel sowie durch die Transmissionseigenschaften des Verlaufsfilters
und seine räumliche
Lage im optischen System bestimmt.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren zum Ermitteln eines horizontalen Verlaufs der Abschwächung einer
Transmission von elektromagnetischer Strahlung eines Verlaufsfilters,
der zum Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen
Helligkeit eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem Sensor
aufgenommen wird, verwendet wird. Dabei verläuft die horizontale Richtung
rechtwinklig zu den streifenförmig
vertikal angeordneten Belichtungs- und Speicherbereichen des Sensors und
in deren Ebene.
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Zunächst wird
hierbei eine vorgegebene räumliche
Position des horizontalen Verlaufsfilters hinsichtlich des Objektivs
gewählt.
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Als
weiterer Schritt werden der Sensor, das Objektiv und der Verlaufsfilter
als optisches System modelliert.
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Als
weiterer Schritt wird das Modell des optischen Systems dahingehend
optimiert, dass ein möglichst
homogener horizontaler Verlauf der relativen Helligkeit über das
gesamte Bild erreicht wird. Bei der Optimierung wird der horizontale
Verlauf der Ab schwächung
der Transmission elektromagnetischer Strahlung durch den Verlaufsfilter
variiert.
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Auch
gehört
zur Lösung
der Aufgabe ein Verfahren zum Gestalten eines optischen Systems
zum Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen Helligkeit
eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem Sensor aufgenommen
wird. Dabei sind das Objektiv und der Sensor Teil des optischen
Systems.
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Bei
dem Verfahren zum Gestalten eines optischen Systems wird zunächst ein
Verlaufsfilter mit einem horizontalen Verlauf der Abschwächung einer Transmission
von elektromagnetischer Strahlung ausgewählt.
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Als
nächster
Schritt wird der Verlaufsfilter gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
zum Ermitteln eines horizontalen Verlaufs der Abschwächung einer
Transmission von elektromagnetischer Strahlung eines Verlaufsfilters,
der zum Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen
Helligkeit eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem Sensor
aufgenommen wird, verwendet wird, ausgebildet. Dabei wird bei der
Optimierung zusätzlich
die räumliche
Position des Verlaufsfilters innerhalb des optischen Systems variiert.
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Zur
Lösung
der Aufgabe gehört
auch ein Verlaufsfilter, der gemäß dem bereits
beschriebenen Verfahren zum Ermitteln eines horizontalen Verlaufs der
Abschwächung
einer Transmission von elektromagnetischer Strahlung eines Verlaufsfilters,
der zum Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen
Helligkeit eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem Sensor
aufgenommen wird, verwendet wird, ausbildbar ist.
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Das
bedeutet, der Filter wird vorteilhafterweise nach dem beschriebenen
Verfahren ausgebildet, kann aber auch nach einem anderen Verfahren
mit gleichem Ergebnis ausgebildet werden.
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Zur
Lösung
der Aufgabe gehört
auch ein optisches System zum Homogenisieren eines horizontalen
Verlaufs einer relativen Helligkeit eines Bildes, das mit einem
Objektiv und einem Sensor aufgenommen wird. Das optische System
ist dabei gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren zum Gestalten eines optischen Systems zum
Homogenisieren eines horizontalen Verlaufs einer relativen Helligkeit
eines Bildes, das mit einem Objektiv und einem Sensor aufgenommen
wird, ausbildbar.
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Ebenso
gehört
zur Lösung
der Aufgabe ein Verlaufsfilter zum Homogenisieren eines horizontalen
Verlaufs einer relativen Helligkeit eines Bildes, das mit einem
Objektiv und einem Sensor aufgenommen wird. Dabei verläuft die
horizontale Richtung rechtwinklig zu den streifenförmig vertikal
angeordneten Belichtungs- und Speicherbereichen des Sensors und
in deren Ebene. Der Verlaufsfilter ist mittels der im Folgenden
geschilderten Schritte herstellbar.
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Zunächst wird
eine vorgegebene räumliche Position
des horizontalen Verlaufsfilters hinsichtlich des Objektivs gewählt.
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In
einem weiteren Schritt werden der Sensor, das Objektiv und der Verlaufsfilter
als optisches System modelliert.
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Als
nächster
Schritt wird das Modell des optischen Systems dahingehend optimiert,
dass ein möglichst
homogener horizontaler Verlauf der relativen Helligkeit über das
gesamte Bild erreicht wird. Dabei wird zur Optimierung der horizontale
Verlauf der Abschwächung
der Transmission elektromagnetischer Strahlung durch den Verlaufsfilter
variiert.
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Der
Verlaufsfilter kann mit dem beschriebenen Verfahren oder aber auch
mit einem anderen Verfahren hergestellt werden.
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Schließlich gehört zur Lösung der
Aufgabe ein optisches System zum Homogenisieren eines horizontalen
Verlaufs einer relativen Helligkeit eines Bildes, das mit einem
Objektiv und einem Sensor aufgenommen wird. Dabei verläuft die
horizontale Richtung rechtwinklig zu den streifenförmig vertikal
angeordneten Belichtungs- und Speicherbereichen des Sensors und
in deren Ebene.
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Das
Objektiv und der Sensor sind Teil des optischen Systems. Das optische
System ist mittels folgender Schritte herstellbar.
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Zunächst wird
ein Verlaufsfilter mit einem horizontalen Verlauf der Abschwächung einer
Transmission von elektromagnetischer Strahlung, der mittels der
oben bereits beschriebenen Schritte herstellbar ist, ausgewählt.
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Als
nächster
Schritt wird eine räumliche
Position des horizontalen Verlaufsfilters hinsichtlich des Objektivs
gewählt.
Zur Optimierung wird in einem weiteren Schritt zusätzlich die
räumliche
Position des Verlaufsfilters innerhalb des optischen Systems variiert.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Hierbei können
die jeweiligen Merkmale für
sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht
sein. Die Möglichkeiten,
die Aufgabe zu lösen,
sind nicht auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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Die
Ausführungsbeispiele
sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern
in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche
bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Interline-Transfer-CCD-Bildsensors;
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2 eine
schematische Darstellung der Sensorzelle eines Interline-Transfer-CCD-Bildsensors;
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3 eine
schematische Darstellung eines Interline-Transfer-CCD-Bildsensors (Ausschnitt)
mit aufgesetzten Mikrolinsen;
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4 eine
schematische Darstellung der Positionierung des horizontalen Verlaufsfilter
vor einem Objektiv;
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5 eine
schematische Darstellung der Positionierung des horizontalen Verlaufsfilter
hinter einem Objektiv;
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6 die
grafische Darstellung des horizontalen Verlaufs der relativen Empfindlichkeit
eines Interline-Transfer-CCD-Bildsensors
vom Typ Kodak-KAI-4021 in Abhängigkeit
von der Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels sowie die dazugehörige Wertetabelle;
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7 die
grafische Darstellung des horizontalen Verlaufs der relativen Beleuchtungsstärke eines Objektivs
in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte sowie die dazugehörige Wertetabelle;
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8 die
grafische Darstellung des horizontalen Verlaufs der Transmission
eines horizontalen Verlaufsfilters in Abhängigkeit von der Entfernung
zur Bildmitte sowie die dazugehörige
Wertetabelle;
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9 die
grafische Darstellung des horizontalen Verlaufs der relativen Beleuchtungsstärke eines Objektivs
mit einem horizontalen Verlaufsfilter in Abhängigkeit von der Entfernung
zur Bildmitte sowie die dazugehörige
Wertetabelle; und
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10 die
grafische Darstellung des horizontalen Verlaufs der relativen Helligkeit
eines Bildes in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte bei Aufnahme mit einem optischen
System mit einem Objektiv, einem horizontalen Verlaufsfilter und
einem Interline-Transfer-CCD-Bildsensor
vom Typ Kodak-KAI-4021 sowie die dazugehörige Wertetabelle.
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Der
in 1 schematisch dargestellte Interline-Transfer-CCD-Bildsensor 100 ist
in Belichtungsbereiche 102 und Speicherbereiche 104 unterteilt. Diese
sind beim Interline-Transfer-CCD-Bildsensor streifenförmig angeordnet. Über die
lichtempfindliche Sensorfläche 102 (Belichtungsbereich)
wird die Information dem Speicherbereich 104 zugeführt. Über eine
Verbindung zwischen der Sensorfläche 102 und dem
vertikalen Schieberregister 106 werden die entstandenen
Ladungspakete 108 innerhalb kurzer Zeit (ca. 2,5 μs) in die
abgedunkelten Schieberegisterzellen 104 (Speicherbereich)
parallel übernommen.
Die verschobenen Ladungspakete 110 aus dem vertikalen Schieberregister 106 werden
nun teilweise in das horizontale Schieberregister 112 (Ausleseregister) geschoben
und von dort seriell ausgelesen. Die Richtungspfeile 114 und 116 geben
die entsprechenden Schieberichtungen der vertikalen Schieberegister 106 bzw.
des horizontalen Ausleseregisters 112 an.
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Bei
der in 2 gezeigten schematischen Darstellung einer Sensorzelle 102 eines
Interline-Transfer-CCD-Bildsensors er kennt man deutlich, dass die
aktive lichtempfindliche Sensorfläche 202 einer Sensorzelle 102 nur
ein kleiner Teil der gesamten Sensorzelle 102 ist. Sie
nimmt nur ca. 25% der Gesamtfläche
einer Sensorzelle 102 ein. Gleichzeitig hat die lichtempfindliche
Sensorfläche 202 eine
in Bezug auf die gesamte Sensorzelle 102 nichtsymmetrische
Form. Die aktive lichtempfindliche Sensorfläche 202 ist umgeben
von einem sogenannten Steg 204, der kein Licht aufnehmen
kann. Das Licht, das auf die „Stege" 204 fällt, wird
bei herkömmlichen
Interline-Transfer-CCD-Bildsensoren
nicht genutzt. Diese Besonderheiten der Konstruktion von Interline-Transfer-CCD-Bildsensoren
sind die Ursache für den
inhomogenen horizontalen Verlauf der relativen Helligkeit eines
Bildes, welches durch ein Aufnahmesystem mit einem Interline-Transfer-CCD-Bildsensor aufgenommen
wird, wenn dieser Verlauf nicht durch zusätzliche Maßnahmen korrigiert wird.
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In 3 wird
die schematische Darstellung der Sensorzellen 102 eines
Interline-Transfer-CCD-Bildsensors (Ausschnitt) mit aufgesetzten Mikrolinsen 302 gezeigt.
Bei dieser Konstruktion (lens-on-chip-Technik) wird auf jede einzelne
Sensorzelle 102 eine Mikrolinse 302 aufgebracht.
Diese Mikrolinse 302 bündelt
das Licht bei senkrechtem Einfall (bildseitiger Hauptstrahlwinkel
= 0°) 306,
das auf die Stege 204 fallen würde, und lenkt einen großen Anteil
davon auf die aktive lichtempfindliche Sensorfläche 202. Dabei können durch
diese Konstruktion Empfindlichkeitssteigerungen des Sensors um ca. 70%
erzielt werden.
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Gleichzeitig
jedoch verstärken
die Mikrolinsen 302 den negativen Effekt des inhomogenen
horizontalen Verlaufs der relativen Helligkeit eines mit diesem
System aufgenommenen Bildes. Der Strahlenverlauf 308 zeigt,
dass mit größer werdendem bildseitigen
Einfalls- bzw. Hauptstrahlwinkel die Beleuchtungsstärke auf der
Oberfläche
der lichtempfindlichen Sensorfläche 202 abnimmt,
was durch eine teilweise Ablenkung der einfallenden Strahlen 308 von
der lichtempfindlichen Sensorfläche 202 weg
bedingt ist.
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erstes Ausführungsbeispiel
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4 zeigt
eine beispielhafte Ausführung der
vorgeschlagenen Lösung.
In dem dargestellten optischen System 400 mit einem exemplarischen Weitwinkel-Objektiv 402,
horizontalem Verlaufsfilter 404 und Sensor 406 ist
der horizontale Verlaufsfilter 404 vor dem Objektiv 402,
im Bereich des ausreichend entkoppelten Strahlenganges 408 positioniert. Diese
Anordnung bewirkt, dass der horizontale Verlaufsfilter 404 nur
durch seine Transmissionseigenschaften einen Einfluss auf den horizontalen
Verlauf der relativen Helligkeit eines aufgenommen Bildes hat. Die
optischen Grunddaten (Brennweite, Schnittweite, Lichtstärke, etc.)
des Systems 400 werden durch den horizontalen Verlaufsfilter 404 nicht
beeinflusst.
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zweites Ausführungsbeispiel
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5 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der vorgeschlagenen Lösung.
In dem in 5 dargestellten optischen System 500 mit
einem anderen exemplarischen Objektiv 502, einem horizontalem
Verlaufsfilter 504 und einem Sensor 506 ist der
horizontale Verlaufsfilter 504 hinter dem Objektiv 502 positioniert,
und zwar an einer Position, wo der bildseitige Strahlengang 508 entkoppelt
ist. Diese Anordnung bewirkt, dass der horizontale Verlaufsfilter 504 durch
seine Positionierung hinter dem Objektiv 502 einen Einfluss
auf die optischen Grunddaten des Systems hat.
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drittes Ausführungsbeispiel
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Als
Sensor wird ein Interline-Transfer-CCD-Bildsensor vom Typ Kodak-KAI-4021
verwendet. Die Brennweite des verwendeten Objektivs beträgt 28 mm.
Der Abstand des Verlaufsfilters von der ersten Linse des Objektivs
beträgt
25 mm.
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6 zeigt
für den
Sensor die grafische Darstellung 600 der Abhängigkeit
der relativen Empfindlichkeit des Sensors von der Größe des horizontalen bildseitigen
Hauptstrahlwinkels eines auf den Sensor treffenden Strahlenbündels. Dabei
ist in der Grafik 600 auf der waagerechten Achse 602 des
Koordinatensystems als unabhängige
Variable die Größe des horizontalen
bildseitigen Hauptstrahlwinkels dargestellt, während auf der senkrechten Achse
die Werte für
die relativen Empfindlichkeit 604 eingetragen sind. Der
grafische Verlauf der relativen Empfindlichkeit als Funktion der
Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels wird durch die Verlaufskurve 606 repräsentiert.
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Die
Wertetabelle 608 widerspiegelt zahlenmäßig die relative Empfindlichkeit
des Interline-Transfer-CCD-Bildsensors vom Typ Kodak-KAI-4021 in
Abhängigkeit
von der Größe des horizontalen
bildseitigen Hauptstrahlwinkels, der regelmäßig mit der Entfernung von
der Bildmitte (siehe mittlere Spalte) zunimmt.
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Die
Verlaufskurve 606 und die Wertetabelle 608 zeigen,
dass mit zunehmender Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels die relative Empfindlichkeit des Sensors von
100 in der Bildmitte in horizontaler Richtung zum Bildrand hin bis
auf 50% abnimmt.
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7 zeigt
für das
Objektiv des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels
die grafische Darstellung 700 der Abhängigkeit des horizontalen Verlaufs
der relativen Beleuchtungsstärke,
ausgehend von der Bildmitte zur Bildbreite. Die relative Beleuchtungsstärke des
Objektivs kennzeichnet den Helligkeitsabfall von der Bildmitte zur
Bildbreite hin. Bezug für
die prozentuale Bewertung ist die Bildmitte, d. h. bei einem senkrechten
Strahlenverlauf (Bildwinkel von 0 Grad).
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In
der Grafik 700 ist auf der waagerechten Achse 702 des
Koordinatensystems als unabhängige Variable
die Größe der Entfernung
zur Bildmitte (Bildbreite) dargestellt, während auf der senkrechten Achse
die Werte für
die relative Beleuchtungsstärke 704 eingetragen
sind. Der grafische Verlauf der relativen Beleuchtungsstärke als
Funktion der Entfernung zur Bildmitte wird durch die Verlaufskurve 706 repräsentiert.
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Die
Wertetabelle 708 widerspiegelt zahlenmäßig den horizontalen Verlauf
der relativen Beleuchtungsstärke
des Objektivs in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte. Dieser Entfernung kann ein Hauptstrahlwinkel
zugeordnet werden.
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Die
Verlaufskurve 700 und die Wertetabelle 708 zeigen,
dass mit zunehmender Entfernung von der Bildmitte, d. h. mit zunehmender
Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels die relative Beleuchtungsstärke des Objektivs von 100%
in der Bildmitte in horizontaler Richtung zum Bildrand hin bis auf
87% abnimmt.
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8 zeigt
für den
horizontalen Verlaufsfilters des in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiels die
grafische Darstellung 800 der Abhängigkeit der Transmission von
der Entfernung zur Bildmitte. Dabei ist in der Grafik 800 auf
der waagerechten Achse 802 die Größe der Entfernung zur Bildmitte
(Bildbreite) dargestellt, während
auf der senkrechten Achse die Werte für die Transmission 804 eingetragen
sind. Der grafische Verlauf der Transmission als Funktion der Entfernung
zur Bildmitte wird durch die Verlaufskurve 806 repräsentiert.
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Die
Wertetabelle 808 widerspiegelt für dieses Beispiel zahlenmäßig den
horizontalen Verlauf der Transmission eines horizontalen Verlaufsfilters
in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte, aber auch den Zusammenhang mit
der Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels.
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Die
Verlaufskurve 806 und die Wertetabelle 808 zeigen,
dass mit zunehmender Entfernung von der Bildmitte, aber auch mit
zunehmender Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels die Transmission des horizontalen Verlaufsfilters
von 50% in der Bildmitte in horizontalem Verlauf zum Bildrand hin
bis auf 100% zunimmt.
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9 zeigt
für das
Objektiv zusammen mit dem horizontalen Verlaufsfilter die grafische
Darstellung 900 der Abhängigkeit
des horizontalen Verlaufs der relativen Beleuchtungsstärke von
der Entfernung zur Bildmitte. Dabei ist in der Grafik 900 auf
der waagerechten Achse 902 des Koordinatensystems als unabhängige Variable
die Größe der Entfernung
zur Bildmitte (Bildbreite) dargestellt, während auf der senkrechten Achse
die Werte für
die relative Beleuchtungsstärke 904 eingetragen
sind. Der grafische Verlauf der relativen Beleuchtungsstärke als Funktion
der Entfernung zur Bildmitte wird durch die Verlaufskurve 906 repräsentiert.
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Die
Wertetabelle 908 widerspiegelt den horizontalen Verlauf
der relativen Beleuchtungsstärke des
Objektivs zusammen mit dem horizontalen Verlaufsfilter in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte, aber auch den Zusammenhang mit
der Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels.
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Die
Verlaufskurve 906 und die Wertetabelle 908 zeigen,
dass mit zunehmender Entfernung von der Bildmitte, aber auch mit
zunehmender Größe des bildseitigen
Hauptstrahlwinkels die relative Beleuchtungsstärke des Objektivs mit horizontalem
Verlaufsfilters von 57,5% in der Bildmitte in horizontalem Verlauf
zum Bildrand hin bis auf 100 zunimmt.
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10 zeigt
im oberen Abschnitt die Grafik 1000 mit dem horizontalen
Verlauf 1006 der relativen Helligkeit des Bildes in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Bildmitte, wobei diesmal das Bild mit dem gesamten
System des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels,
bestehend aus Verlaufsfilter, Objektiv und Kodak-Sensor, aufgenommen
wurde. Dabei ist in der Grafik 1000 auf der waagerechten
Achse 1002 des Koordinatensystems als unabhängige Variable die
Größe der Entfernung
zur Bildmitte dargestellt, während
auf der senkrechten Achse die Werte für die relative Helligkeit 1004 des
aufgenommenen Bildes eingetragen sind.
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Die
Wertetabelle 1008 im unteren Abschnitt der 10 widerspiegelt
die zugehörigen
quantitativen Werte.
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10 zeigt,
dass die relative Helligkeit des Bildes einen verhältnismäßig homogenen
Verlauf 1006 aufweist. Die Werte für die relative Helligkeit des
Bildes liegen bei 93,1% in der Bildmitte, steigen im horizontalen
Verlauf bis auf 100% an und nehmen bis zur Bildbreite auf 88,7%
ab.
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Eine
solche Charakteristik des horizontalen Verlaufs der relativen Helligkeit
des Bildes in einem optischen System mit In terline-Transfer-CCD-Bildsensor,
Objektiv und horizontalem Verlaufsfilter entspricht dem mit der
vorgeschlagenen Lösung
angestrebten Ziel, einen möglichst
homogenen horizontalen Verlauf der relativen Helligkeit eines aufgenommenen
Bildes zu erreichen. Das bedeutet auch eine Angleichung des Verlaufes
der relativen Helligkeit in horizontaler und vertikaler Richtung,
d. h. es wird ein homogener Verlauf der relativen Helligkeit des
aufgenommenen Bildes in horizontaler und vertikaler Richtung erreicht.
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- 100
- Interline-Transfer-CCD-Bildsensor
- 102
- Sensorzelle/Belichtungsbereich/lichtempfindliche
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- Sensorfläche
- 104
- Speicherbereich/Schieberegisterzelle
- 106
- vertikales
Schieberegister
- 108
- Ladungspaket
- 110
- verschobenes
Ladungspaket
- 112
- horizontales
Ausleseregister
- 114
- Schieberichtung
für vertikales
Schieberegister
- 116
- Schieberichtung
für horizontales
Ausleseregister
- 202
- aktive
lichtempfindliche Sensorfläche
- 204
- Steg
einer Sensorzelle
- 302
- Mikrolinse
- 306
- Strahlenbündel bei
senkrechtem Einfall
- 308
- Strahlenbündel bei
großem
bildseitigen Hauptstrahlwinkel
- 400
- optisches
System
- 402
- Weitwinkelobjektiv
- 404
- horizontaler
Verlaufsfilter
- 406
- Sensor
- 408
- Strahlengang
- 500
- optisches
System
- 502
- Objektiv
- 504
- horizontaler
Verlaufsfilter
- 506
- Sensor
- 508
- Strahlengang
- 600
- grafische
Darstellung der Abhängigkeit
der relativen Empfindlichkeit des Sensors vom bildseitigen Hauptstrahlwinkel
- 602
- waagerechte
Achse des Koordinatensystems (bildseitiger Hauptstrahlwinkel)
- 604
- senkrechte
Achse des Koordinatensystems (relative Empfindlichkeit)
- 606
- Verlaufskurve
- 608
- Wertetabelle
- 700
- grafische
Darstellung der Abhängigkeit
des horizontalen Verlaufs der relativen Beleuchtungsstärke des
Objektivs von der Entfernung zur Bildmitte
- 702
- waagerechte
Achse des Koordinatensystems (Bildbreite/Entfernung von der Bildmitte)
-
-
- 704
- senkrechte
Achse des Koordinatensystems (relative Beleuchtungsstärke)
- 706
- Verlaufskurve
- 708
- Wertetabelle
- 800
- grafische
Darstellung der Abhängigkeit
des horizontalen Verlaufs der Transmission des horizontalen Verlaufsfilters
von der Entfernung zur Bildmitte
- 802
- waagerechte
Achse des Koordinatensystems (Bildbreite/Entfernung von der Bildmitte)
- 804
- senkrechte
Achse des Koordinatensystems (Transmission)
- 806
- Verlaufskurve
- 808
- Wertetabelle
- 900
- grafische
Darstellung der Abhängigkeit
des horizontalen Verlaufs der relativen Beleuchtungsstärke des
Objektivs zusammen mit dem horizontalen Verlaufsfilters von der Entfernung
zur Bildmitte
- 902
- waagerechte
Achse des Koordinatensystems (Bildbreite/Entfernung von der Bildmitte)
-
-
- 904
- senkrechte
Achse des Koordinatensystems (relative Beleuchtungsstärke)
-
-
- 906
- Verlaufskurve
- 908
- Wertetabelle
- 1000
- die
grafische Darstellung der Abhängigkeit des
horizontalen Verlaufs der relativen Helligkeit eines Bildes von
der Entfernung zur Bildmitte bei Aufnahme mit einem optischen System
mit einem Objektiv, einem horizontalen Verlaufsfilter und einem
Interline-Transfer-CCD-Bildsensor
vom Typ Kodak-KAI-4021
- 1002
- waagerechte
Achse des Koordinatensystems (Bildbreite/Entfernung von der Bildmitte)
- 1004
- senkrechte
Achse des Koordinatensystems (relative Helligkeit)
- 1006
- Verlaufskurve
- 1008
- Wertetabelle