DE102005000980A1

DE102005000980A1 - Abbildungsvorrichtung und elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE102005000980A1
Application number: DE200510000980
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Abe
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2005-08-04
Also published as: GB0500338D0; JP2005223897A; US20050145772A1; GB2409945A; US7183530B2; GB2409945B

Abstract

Beschrieben ist ein mit einer Abbildungsvorrichtung versehenes elektronisches Gerät, das eine Aufnahmeoptik, die ein Objektbild erzeugt, und eine Bildaufnahmevorrichtung aufweist, die einen Lichtempfangsbereich hat und Bildpixelsignale aus dem in dem Lichtempfangsbereich erzeugten Objektbild erzeugt. Der Lichtempfangsbereich ist gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung in einem vorgegebenen Winkel geneigt. Das elektronische Gerät hat eine Verarbeitungseinheit, die ein Schärfenbild aus dem Objektbild in Form von Schärfenbilddaten auf Grundlage der Bildpixelsignale extrahiert, eine Verarbeitungseinheit, welche die Schärfenbilddaten in einem Speicher aufnimmt, und eine Verarbeitungseinheit, die das Schärfenbild auf einer Anzeige entsprechend den Schärfenbilddaten darstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung und ein mit einer solchen ausgestattetes elektronisches Gerät, z.B. eine digitale Foto- oder Filmkamera, die zu Sicherheitszwecken oder in der Fernsehunterhaltung eingesetzt wird, ein mit einer Kamera ausgestattetes Mobiltelefon und dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Scharfeinstellung der Abbildungsvorrichtung.

In einer digitalen Kamera wird eine sogenannte Pan-Fokus-Einstellung oder eine automatische/manuelle Fokussierung durchgeführt, um die Scharfeinstellung vorzunehmen. In der Pan-Fokus-Einstellung wird eine Linse mit kurzer Brennweite eingesetzt, und der Durchmesser einer Irisblende wird so verringert, dass man eine kleine F-Zahl erhält, wobei sowohl auf ein der Kamera nahes Objekt als auch auf ein von der Kamera weit entferntes Objekt fokussiert werden kann. Dagegen ist in der automatischen/manuellen Fokussierung eine in der Kamera eingebaute Fokussierlinse vorgesehen, die längs der optischen Achse verschoben wird, um eine Scharfeinstellung vorzunehmen. Außerdem wird bei Aufnahme eines großen und weit ausgedehnten Objektes, z.B. eines hohen Gebäudes, ein Schwenk- und Kippmechanismus eingesetzt, um auf das Objekt in seiner Gesamtheit zu fokussieren.

Da bei Verwendung eines Pan-Fokus-Mechanismus die Brennweite kurz und die F-Zahl der Irisblende klein ist, ergeben sich Beschränkungen hinsichtlich der Aufnahmebedingungen, z.B. des Bildwinkels oder Sehfeldes. Bei Verwendung des automatischen/manuellen Fokussiermechanismus wird dagegen der innere Aufbau des Gerätes infolge dieses Mechanismus kompliziert, wodurch die Kosten steigen. Außerdem bereitet es Schwierigkeiten, den Fokussiermechanismus in einem kompakten und flexiblen elektronischen Gerät wie einem Mobiltelefon einzubauen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abbildungsvorrichtung, ein Abbildungsverfahren und ein mit einer solchen Abbildungsvorrichtung ausgestattetes elektronisches Gerät wie z.B. eine digitale Kamera anzugeben, die mit einer einfachen Konstruktion eine Fokussierung ermöglichen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein mit einer Abbildungsvorrichtung ausgestattetes elektronisches Gerät nach der Erfindung ist beispielsweise eine digitale Fotokamera (Standbild-, Still-, Einzelbildkamera), eine digitale Filmkamera, eine Spezialkamera, die zu Sicherheitszwecken oder in der Fernsehunterhaltung eingesetzt wird, ein elektronisches Endoskop, ein Mobiltelefon etc. Das elektronische Gerät hat eine Aufnahmeoptik, die ein Objektbild erzeugt, und eine Bildaufnahmevorrichtung, die eine Lichtempfangsfläche hat und Bildpixelsignale aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild erzeugt. Die Bildaufnahmevorrichtung, z.B. eine CCD, ist dabei so angeordnet, dass ihre Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist.

Um die Bildaufnahmevorrichtung geeignet anzuordnen, kann diese gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung geneigt werden, oder es kann zwischen der Aufnahmeoptik und der Bildaufnahmevorrichtung eine Optik wie ein Prisma angeordnet werden, um den Strahlengang gegenüber der Lichtempfangsfläche zu neigen. Die Bildaufnahmevorrichtung ist beispielsweise so bewegbar oder drehbar, dass ihr Neigungswinkel im Betrieb des elektronischen Geräts verändert werden kann. Da jedoch das fokussierte Bild oder Schärfenbild notwendigerweise durch Einstellen eines Aufnahmebereichs erhalten werden kann, kann die Bildaufnahmevorrichtung auch in einer geneigten Stellung festgehalten werden. Auch kann die Bildaufnahmevorrichtung während der Aufnahme eines vorgegebenen Objektes in der geneigten Stellung festgehalten und der Neigungswinkel in Abhängigkeit des Objektes verändert werden. Dies unterscheidet sich von einem Aufnahmeverfahren, das mit einem Schwenk- und Kippmechanismus arbeitet.

Da die Lichtempfangsfläche zu der zur optischen Achse senkrechten Richtung nicht parallel angeordnet ist, wird ein auf der Lichtempfangsfläche erzeugtes Bild nicht in seiner Gesamtheit fokussiert, sondern die Position des Objektes, die ein fokussiertes Bild oder Schärfenbild ergibt, variiert mit der Position auf der Lichtempfangsfläche. Ein Endabschnitt (erster Endabschnitt) der Lichtempfangsfläche, der der Aufnahmeoptik längs der optischen Achse vergleichsweise nahe ist, entspricht einem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand. Dies bedeutet, dass das Bild eines Objektes, das sich im Unendlichen oder im Fernabstand befindet, auf die Seite des ersten Endabschnitts fokussiert wird. Beispielsweise entspricht der Rand des Bildes des im Unendlichen oder im Fernabstand angeordneten Objektes dem ersten Endabschnitt. Dagegen entspricht der andere Endabschnitt (zweiter Endabschnitt) der Lichtempfangsfläche, der längs der optischen Achse weiter als der vorstehend genannte erste Endabschnitt von der Aufnahmeoptik entfernt ist, einem Bildpunkt eines Objektes im Nahabstand oder im kürzesten Fokussierabstand.

Das elektronische Gerät nach der Erfindung hat eine zur Extraktion eines Schärfenbildes bestimmte Verarbeitungseinheit (Extraktionsprozessor), eine zur Aufnahme bestimmte Verarbeitungseinheit (Aufnahmeprozessor) und eine zur Bilddarstellung bestimmte Verarbeitungseinheit (Darstellungsprozessor). Der Extraktionsprozessor extrahiert ein fokussiertes Bild oder Schärfenbild aus dem Objektbild in Form von Schärfenbilddaten auf Grundlage der Bildpixelsignale. Der Aufnahmeprozessor nimmt die Schärfenbilddaten in einem Speicher auf. Der Darstellungsprozessor stellt das Schärfenbild auf einer Anzeige entsprechend den Schärfenbilddaten dar. Das Schärfenbild wird beispielsweise in einer mobilen Speicherkarte aufgenommen. Alternativ kann das Schärfenbild auch in einem ausschließlich hierfür vorgesehenen Speicher aufgenommen werden. Das Schärfenbild wird in seiner Gesamtheit auf der Anzeige, z.B. einer LCD, dargestellt.

Als Verfahren zum Extrahieren oder Gewinnen des Schärfenbildes kann eine automatische Extraktion angewandt werden. Beispielsweise hat der Extraktionsprozessor einen Schärfendetektor, der einen fokussierten Bereich oder Schärfenbereich in dem Objektbild erfasst.

Erhält man dagegen das Schärfenbild durch manuelle Betätigung, so kann ein Extraktions- oder Zielbereich auf der Lichtempfangsfläche im Voraus definiert werden. In diesem Fall definiert der Extraktionsprozessor einen ersten Bereich zum Erzeugen eines Bildes eines vergleichsweise entfernt liegenden Objektes und einen zweiten Bereich zum Erzeugen eines Bildes eines vergleichsweise nahe liegenden Objektes. Der Extraktionsprozessor extrahiert dann aus einem ersten Objektbild, das in dem ersten Bereich erzeugt wird, und einem zweiten Objektbild, das in dem zweiten Bereich erzeugt wird, wahlweise ein Objektbild. In einer vorteilhaften Weiterbildung definiert der Extraktionsprozessor einen Fernbereich, der auf einen Fernabstand bezogen ist, einen Nahbereich, der auf einen Nahabstand bezogen ist, und einen Mittelbereich, der auf einem mittleren Abstand bezogen ist. In diesem Fall ist der Fernbereich, der auf einer Seite der Lichtempfangsfläche angeordnet ist, zur Erzeugung eines Bildes eines vergleichsweise entfernt oder im Unendlichen liegenden Objektes definiert, während der Nahbe reich, der auf der anderen Seite der Lichtempfangsfläche angeordnet ist, zur Erzeugung eines Bildes eines Objektes definiert ist, das sich vergleichsweise nahe einem kürzesten Fokussierabstand (Naheinstellgrenze) befindet. Dabei ist der Fernbereich der Aufnahmeoptik näher als der Nahbereich. Der Mittelbereich ist zwischen dem Nahbereich und dem Fernbereich angeordnet und enthält den Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche. Der Extraktionsprozessor extrahiert ein Objektbild, das in dem Nahbereich, dem Fernbereich oder dem Mittelbereich erzeugt wird, in Form der Schärfenbilddaten.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen auf die Figuren Bezug genommen wird. Darin zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer digitalen Fotokamera in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2A und 2B ein Objekt, das auf einer Lichtempfangsfläche einer CCD erzeugt wird,
3 einen Strahlengang bei fokussiertem Objektbild,
4A und 4B ein mit der Aufnahmeoptik eingefangenes Gesamtbild des Objektes sowie ein angezeigtes Bild des Objektes,
5 einen Strahlengang bei fokussiertem Objektbild,
6A und 6B ein mit der Aufnahmeoptik eingefangenes Gesamtbild sowie ein angezeigtes Objektbild,
7 ein Blockdiagramm einer Abbildungsvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
8 eine Lichtempfangsfläche einer CCD in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
9 die Anordnung einer CCD in einem dritten Ausführungsbeispiel,
10 die Anordnung einer CCD in einem vierten Ausführungsbeispiel,
11 die Anordnung einer CCD in einem fünften Ausführungsbeispiel,
12 eine Darstellung des oberen Teils der CCD mit einem Unschärfenkreis, der einem Objekt im Unendlichen zugeordnet ist,
13 eine vergrößerte Darstellung der in 12 gezeigten Aufnahmeoptik,
14 die Anordnung einer CCD in einem siebenten Ausführungsbeispiel,
15 die Anordnung einer CCD in einem achten Ausführungsbeispiel,
16 die Anordnung einer CCD in einem neunten Ausführungsbeispiel,
17 die Anordnung einer CCD in einem zehnten Ausführungsbeispiel,
18 die Anordnung einer CCD, bei der der Unschärfenkreis erzeugt wird, und
19 eine vergrößerte Darstellung der Aufnahmeoptik.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer digitalen Fotokamera 10 als erstes Ausführungsbeispiel.
Die digitale Kamera 10 ist in der Lage, ein bewegtes Bild darzustellen und ein Standbild aufzuzeichnen. Sie hat eine Aufnahmeoptik 12, eine CCD 14, eine Systemsteuerung 27 und eine LCD 28. Die Aufnahmeoptik 12 ist eine einfach fokussierende Optik (Single-Focus-Optik) ohne Fokussierlinse. Die Vergrößerung oder der Abbildungsmaßstab der Aufnahmeoptik 12 ist auf einen Standardwert eingestellt, z.B. kleiner als 1/10. Die Systemsteuerung 27 steuert die Kamera 10. Die Aufnahmeoptik 12 ist in einem Objektivtubus 13 der Kamera 10 angeordnet und erzeugt ein Objektbild auf einer Lichtempfangsfläche 14A der CCD 14. Die CCD 14 ist gegenüber der Richtung L, die senkrecht zur optischen Achse E der Aufnahmeoptik 12 verläuft, um einen vorgegebenen Winkel α geneigt. Außerdem ist die CCD 14 so angeordnet, dass der Mittelpunkt 14W der Lichtempfangsfläche 14A auf der optischen Achse E liegt. Der Winkel α ist dabei ein vergleichsweise kleiner Winkel.
Der Abstand vom Hauptpunkt C der Aufnahmeoptik 12 zum Mittelpunkt 14W ist in Abhängigkeit der Brennweite (Fokusweite) f0 der Aufnahmeoptik 12 festgelegt. Dabei ist der auf den oberen Bereich der Lichtempfangsfläche 14A bezogene Abstand längs der optischen Achse kürzer als die Brennweite f0, während der auf den unteren Bereich bezogene Abstand länger als die Brennweite f0 ist. Deshalb befindet sich sowohl ein Objekt, das hinsichtlich seines Objektabstandes b vergleichsweise nahe der Kamera 10 angeordnet ist, als auch ein Objekt, das hinsichtlich seines Objektabstandes D vergleichsweise fern von der Kamera 10 angeordnet ist, im Wesentlichen in Scharfstellung. Dabei bildet sowohl der in 1 gezeigte Pfeil Y1, der sich in einem großen Abstand von der Kamera 10 befindet, als auch der in 1 gezeigte Pfeil Y2, der sich in einem geringen Abstand von der Kamera 10 befindet, ein "Objekt". Die Objekte Y1 und Y2 befinden sich im Aufnahmebereich. Die Kamera 10 ist so angeordnet, dass die Basisenden der Objekte Y1 und Y2 auf der optischen Achse E liegen. Dabei wird sowohl das Objekt Y1, das durch den von der optischen Achse E nach unten weisenden Pfeil gebildet ist, als auch das Objekt Y2, das durch den von der optischen Achse E nach oben weisenden Pfeil gebildet ist, von der Kamera 10 eingefangen. Das Objekt Y1 ist von der Kamera 10 weiter entfernt als das Objekt Y2.
Die Aufnahmeoptik 12 erzeugt auf der Lichtempfangsfläche 14A das Objektbild. Durch den fotoelektrischen Effekt werden diesem Objektbild entsprechende Bildpixelsignale erzeugt. Die Bildpixelsignale entsprechend einem Einzelbild werden in vorbestimmten Zeitabständen sukzessive aus der CCD 14 ausgelesen.
In einer Anfangsverarbeitungseinheit (Eingangsprozessor) 15 werden an den Bildpixelsignalen verschiedene Prozesse durchgeführt, z.B. eine Verstärkung, eine Farbeinstellung etc. Die verarbeiteten analogen Bildpixelsignale werden in einem A/D-Wandler 16 in digitale Signale gewandelt. Diese digitalen Signale werden temporär in einem ersten Speicher 18 gespeichert und einem Schärfendetektor 20 sowie einer Verarbeitungseinheit 22 zum Extrahieren eines Bildbereichs, im Folgenden als Exktraktionsprozessor bezeichnet, zugeführt.
In dem Schärfendetektor 20 wird aus der Gesamtheit des erzeugten Objektbildes auf Grundlage der digitalen Bildsignale ein fokussierter Bereich erfasst, der im Folgenden als "Schärfenbildbereich" bezeichnet wird. In dem Extraktionsprozessor 22 werden diesem Schärfenbildbereich entsprechende Bilddaten, im Folgenden als "Schärfenbilddaten" bezeichnet, über den in dem Schärfendetektor 20 erfassten Schärfenbildbereich extrahiert und in einem zweiten Speicher 24 gespeichert. Die Schärfenbilddaten werden von dem zweiten Speicher 24 an einen LCD-Treiber 26 gesendet, der eine LCD 28 entsprechend den Schärfenbilddaten ansteuert. So wird ein Bild, das dem Schärfenbildbereich, der einen Teil des erzeugten Objektbildes darstellt, entspricht und im Folgenden als "Schärfenbild" bezeichnet wird, in seiner Gesamtheit auf der LCD 28 dargestellt.
Wird eine an der Kamera 10 vorgesehene Auslösetaste 29 gedrückt, um ein Standbild aufzunehmen, so treten ein nicht gezeigter Verschluss und eine nicht gezeigte Irisblende in Aktion, wodurch Bildpixelsignale entsprechend einem Ein zelbild aus der CCD 14 ausgelesen werden. Die Bildpixelsignale werden in dem Eingangsprozessor 15 und dem A/D-Wandler 16 verschiedenen Prozessen unterzogen, worauf die digitalen Bildsignale dem ersten Speicher 18 zugeführt werden. Werden dann die digitalen Bildpixelsignale entsprechend einem Einzelbild dem Schärfendetektor 20 und dem Extraktionsprozessor 22 zugeführt, so werden die Schärfenbilddaten extrahiert und dem zweiten Speicher 24 zugeführt. In einer Verarbeitungseinheit 30 zur Datenkomprimierung, im Folgenden als Komprimierungsprozessor bezeichnet, werden die Schärfenbilddaten komprimiert. In Form der komprimierten Daten wird das Schärfenbild in einer Speicherkarte 32 gespeichert, die in der Kamera 10 entnehmbar installiert ist.
Im Folgenden wird die Aufnahmebewegung unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben.
Die Ansichten nach den 2A und 2B zeigen ein Objektbild, das auf der Lichtempfangsfläche 14A der CCD 14 erzeugt wird. Das Objektbild IY1 wird in dem oberhalb der optischen Achse E liegenden Bereich der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt, da das Objekt Y1 unter der optischen Achse E liegt. Dagegen wird das Objektbild IY2 in dem unteren Bereich der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt, da das Objekt Y2 über der optischen Achse E liegt. Da die CCD 14 geneigt ist, variiert die Objektposition längs der optischen Achse E, in der das Objektbild fokussiert ist, mit der Abbildungsposition auf der Lichtempfangsfläche 14A, die eine andere als bei einer CCD ist, die vertikal zur optischen Achse E angeordnet ist. Nähert sich die Abbildungsposition einem Endpunkt 14X der Lichtempfangsfläche 14A, im Folgenden als erster Endpunkt bezeichnet, an, so ist auf ein Objekt fokussiert, das vergleichsweise weit von der Kamera 10 entfernt oder im Unendlichen angeordnet ist. Nähert sich dagegen die Abbildungsposition dem anderen Endpunkt 14Y, im Folgenden als zweiter Endpunkt bezeichnet, so ist auf ein Objekt scharfgestellt, das vergleichsweise nahe der Kamera 10 oder in dem kürzestmöglichen Fokussierabstand angeordnet ist. Der kürzestmögliche Fokussierabstand, auch als Naheinstellgrenze bezeichnet, hängt von der Brennweite f0 der Aufnahmeoptik 12 ab.
Sind die Objekte Y1 und Y2 wie in 1 gezeigt angeordnet, so werden die entsprechenden Objektbilder nicht auf der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt, so dass die dargestellten aufgezeichneten Objektbilder IY1 und IY2 defokussiert und unscharf sind. 2A zeigt ein Bild AA, im Folgenden als "Gesamtobjektbild" bezeichnet, das auf der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt und in dem ersten Speicher 18 gespeichert wird. Bewegt sich das Objekt Y2 um eine vorgegebene Strecke dL längs der optischen Achse, so dass es sich vergleichsweise weit von der Kamera 10 entfernt, so wird es in der Fokussier- oder Schärfenposition angeordnet, und das Objektbild IY2 wird scharfgestellt (vergl. 2B). Obgleich sich das Objekt Y2 in der vertikalen Richtung L erstreckt, während die CCD 14 geneigt ist, ist der größte Teil des Objektbildes IY2 infolge des vergleichsweise kleinen Neigungswinkels α der CCD 14 und der Standard- oder Normbildvergrößerung (Abbildungsmaßstab) der Aufnahmeoptik 12 weitgehend fokussiert. In diesem Ausführungsbeispiel stellt der Benutzer die Richtung der optischen Achse E ein, während er die Kamera 10 neigt, um ein Objektbild zu ermitteln, das er als "Schärfenbild" aufnehmen will.
3 zeigt einen Strahlengang, bei dem das Bild des Objektes Y1 fokussiert ist. 4A zeigt das durch die Aufnahmeoptik 12 eingefangene Gesamtbild des Objektes Y1. 4B zeigt das dargestellte Bild des Objektes Y1. 5 zeigt einen Strahlengang, bei dem das Bild des Objektes Y2 fokussiert ist. 6A zeigt das durch die Aufnahmeoptik 12 eingefangene Gesamtbild des Objektes Y2. 6B zeigt das dargestellte Bild des Objektes Y2.
Wird die Kamera 10 aus der in 1 gezeigten Lage um einen vorgegebenen Winkel β nach oben geneigt, so wird ein Bild des Objektes Y1 auf der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt (vergl. 3). So wird das Schärfenbild IY1 in dem Gesamtobjektbild AA erzeugt, das in dem ersten Speicher 18 gespeichert ist (vergl. 4A). In dem Schärfendetektor 20 wird nach einem Verfahren der Kontrasterfassung ein Schärfenbereich aus dem Gesamtobjektbild AA erfasst. Dabei werden in den digitalen Bildsignalen Hochfrequenzkomponenten, d.h. der Kontrast, längs der j-Richtung erfasst, die einer Unterabtastlinie (Längsrichtung) entspricht. Die Amplituden der Bildsignale sind in der Schärfenposition maximal, während sie in den benachbarten (davor und dahinter liegenden) Unschärfenpositionen kleiner sind. Werden deshalb die Hochfrequenzkomponenten der Bildsignale längs der Zeile M erfasst, so nimmt die Amplitude ihr Maximum in dem Abschnitt E1 an, während sie in dem Abschnitt E2 kleiner als in dem Abschnitt E1 ist (vergl. 4A).
An Hand der Frequenzkomponenten wird der Schärfenbildbereich FA definiert, dessen Hochfrequenzkomponenten eine vergleichsweise große Amplitude aufweisen. Dann sendet der Schärtendetektor 20 an den Bereichprozessor 22 Steuersignale zum Extrahieren des Schärfenbildbereichs. In dem Extraktionsprozessor 22 werden dem Schärtenbildbereich FA entsprechende Bildsignale extrahiert und in dem zweiten Speicher 24 gespeichert. Das Bild des Schärfenbildbereichs FA wird so auf der LCD 28 dargestellt (vergl. 4B). Die Größe des Schärfenbildbereichs FA entspricht der der LCD 28.
Wird die Kamera 10 aus der in 1 gezeigten Lage um einen vorgegebenen Winkel γ nach unten geneigt, so wird auf dem Lichtempfangsbereich 14A das Bild des Objektes Y2 erzeugt, das der Kamera 10 vergleichsweise nahe ist. So wird das Schärfenbild IY2 in dem Gesamtobjektbild AA erzeugt, das in dem Speicher 18 gespeichert ist (vergl. 6A). Dann wird der Schärfenbildbereich FA aus dem Gesamtobjektbild AA extrahiert, und das dem Schärfenbildbereich FA entsprechende Schärfenbild wird in dem zweiten Speicher 24 gespeichert und auf der LCD 28 dargestellt (6B).
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Schärfendetektor 20 und der Extraktionsprozessor 22 in der Kamera 10 vorgesehen, und die CCD 14 wird relativ zu der Richtung L geneigt, die vertikal zur optischen Achse E verläuft. Dann wird durch Neigen der Kamera 10 das aufzuzeichnende und darzustellende Objektbild als Schärfenobjektbild auf der CCD 14 erzeugt. Es ist an dieser Stelle darauf hinzu weisen, dass in der Kamera 10 ein Mechanismus zur Neigungseinstellung vorgesehen sein kann. In diesem Fall stellt der Benutzer den Winkel der CCD 14 ein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein aus dem Gesamtobjektbild zu extrahierender Bereich im Voraus definiert wird.
7 ist ein Blockdiagramm einer Abbildungsvorrichtung gemäß zweitem Ausführungsbeispiel. 8 zeigt den Lichtempfangsbereich einer CCD in diesem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Abbildungsvorrichtung 10' gibt Bildsignale an Peripheriegeräte aus. Dabei ist die Abbildungsvorrichtung 10' an eine Anzeige 41 und an ein Aufzeichnungsgerät 45 angeschlossen. Die Abbildungsvorrichtung 10' hat einen Extraktionsprozessor 22 und einen zweiten Speicher 24. Die Systemsteuerung 27 steuert die Abbildungsvorrichtung 10'. Diejenigen Komponenten der Abbildungsvorrichtung 10', die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit den in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Bezugszeichen versehen.
In der CCD 14 sind im Voraus mehrere Extraktionsbereiche auf der Lichtempfangsfläche 14A festgelegt. So sind ein oberer Extraktionsbereich 14K für ein Objekt, das vergleichsweise weit von der Kamera 10 entfernt ist, ein unterer Extraktionsbereich 14N für ein Objekt, das der Kamera 10 vergleichsweise nahe ist, sowie ein mittlerer Extraktionsbereich 14M für ein Objekt festgelegt, das zwischen dem fernen Objekt und dem nahen Objekt angeordnet ist. Ein Objektabstandsschalter 31 wird betätigt, um aus den drei Extraktionsbereichen 14K, 14M und 14N einen Bereich auszuwählen. Der Benutzer wählt also durch Betätigen des Schalters 31 einen der drei Extraktionsbereiche 14K, 14M und 14N aus. Der Benutzer neigt die Kamera 10 nach oben oder nach unten, um die Neigung der optischen Achse so einzustellen, dass das darzustellende Objektbild fokussiert in dem ausgewählten Extraktionsbereich dargestellt wird.
Die Bildpixelsignale werden sukzessive aus der CCD 14 ausgelesen, und in dem Extraktionsprozessor 22 werden die dem ausgewählten Extraktionsbereich entsprechenden Schärfenbilddaten extrahiert und dem zweiten Speicher 24 sowie der Anzeige 41 zugeführt.
Der Benutzer neigt die Kamera 10 nach oben oder nach unten, um den Neigungswinkel der CCD 14 einzustellen, während er über die Anzeige der LCD 28 überprüft, ob das darzustellende und aufzuzeichnende Objektbild fokussiert ist. Wird der Aufzeichnungsschalter 29 betätigt, so werden die Schärfenbilddaten an das Aufzeichnungsgerät 45 übertragen.
Unter Bezugnahme auf die 9 bis 19 wird im Folgenden erläutert, wie der minimale Neigungswinkel der CCD eingestellt wird. Dabei wird in der nachfolgenden Beschreibung die CCD so angeordnet, dass ihre Lichtempfangsfläche der vertikal, d.h. senkrecht zur optischen Achse weisenden Richtung so nahe wie möglich kommt.
In den 9 bis 14 werden ein Objekt im Unendlichen und ein Objekt im kürzestmöglichen Fokussierabstand, d.h. an der Naheinstellgrenze, betrachtet, während in den 15 bis 19 ein Objekt im Fernabstand und ein Objekt im kürzestmöglichen Fokussierabstand betrachtet werden.
Unter Bezugnahme auf 9 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Bedingung für den minimalen Neigungswinkel berechnet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass dabei ein Streu- oder Unschärfenkreis nicht betrachtet wird. Die Konstruktion der Abbildungsvorrichtung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
9 zeigt die Anordnung der CCD gemäß drittem Ausführungsbeispiel.
Der erste Endpunkt 14X der Lichtempfangsfläche 14A entspricht einem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen. Der zweite Endpunkt 14Y entspricht einem Bildpunkt eines im kürzestmöglichen Fokussierabstand angeordneten Objektes. Der Neigungswinkel wird unter der Bedingung berechnet, dass das Bild eines im Aufnahmebereich (vom kürzestmöglichen Fokussierabstand bis Unendlich) in einem Teilbereich der Lichtempfangsfläche 14A fokussiert ist.
In 9 ist die Brennweite mit f, der längs der optischen Achse E gemessene Abstand vom ersten Endpunkt 14X zum zweiten Endpunkt 14Y mit Δf, die von der optischen Achse E aus gemessene Höhe eines Objekts Y3 mit N, der Schnittpunkt des Objekts Y3 mit der optischen Achse E mit S2, der obere Endpunkt des Objekts Y3 mit S1 und der Hauptpunkt der Aufnahmeoptik 12 mit C bezeichnet. Die Bildebene des Objekts Y3 im kürzesten Fokussierabstand ist mit KK, der Bildpunkt des oberen Endpunkts S1 des Objekts Y3 mit H1 und der Schnittpunkt der Bildebene KK mit der optischen Achse E mit H2 bezeichnet.
C1 bezeichnet den Schnittpunkt zwischen der Hauptebene MM, die durch den Hauptpunkt C geht und senkrecht zur optischen Achse E liegt, und dem oberen Grenzstrahl UL, der vom höchsten Punkt S1 des Objektes Y3 ausgeht. FD bezeichnet den Schnittpunkt zwischen der optischen Achse E und dem oberen Grenzstrahl UL, während der Abstand von der optischen Achse E zu dem Bildpunkt H1 mit h und der kürzeste Fokussierabstand, der gleich dem Abstand vom Hauptpunkt C zum Objekt Y3 ist, mit L_min bezeichnet ist. Der erste Endpunkt 14X ist in einer Brennebene (Fokal-, Bildebene) FS angeordnet. Der Neigungswinkel der CCD 14 ist mit θ₁ bezeichnet.
Da das durch die drei Punkte C, S1, S2 gebildete Dreieck ähnlich dem durch die drei Punkte C1, H1, H2 gebildeten Dreieck ist, gilt folgende Formel. H/Lmin = h/(f + Δf) (1)
Da das durch die drei Punkte C, C1, FD gebildete Dreieck ähnlich dem durch die drei Punkte H2, H1, FD gebildeten Dreieck ist, gilt folgende Formel. H/f = h/Δf (2)
Auf Grundlage der Formeln (1) und (2) berechnet sich der Abstand Δf nach folgender Formel. Δf = f2/(Lmin – f) (3)
Bezeichnet man die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche 14A mit h_C, so erfüllt der Neigungswinkel θ₁ folgende Formel. sinθ1 = Δf/hC (4)
Auf Grundlage der Formel (4) berechnet sich der Neigungswinkel θ₁ nach folgender Formel. θ1 = sin–1(Δf/hC) = sin–1((1/hC) × f2/(Lmin – f)) (5)
Wird die CCD 14 um einen Winkel geneigt, der größer als der Winkel θ₁ ist, so werden das Bild des im Unendlichen angeordneten Objektes und das Bild des im kürzesten Fokussierabstand angeordneten Objektes notwendigerweise auf der Lichtempfangsfläche 14A mit der wirksamen Länge h_C erzeugt. Indem die CCD 14 zumindest um den Neigungswinkel θ₁ geneigt wird, kann so das Schärfenbild aufgenommen und dargestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 10 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als viertes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem vierten Ausführungsbeispiel sind Extraktionsbereiche auf der Lichtempfangsfläche ähnlich dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel definiert, wobei der Mittelpunkt des einen Extraktionsbereichs als Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen definiert ist, während der Mittelpunkt des anderen Extraktionsbereiches als Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand definiert ist. Die Konstruktion der Abbildungsvorrichtung ist gleich der des in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiels. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Unschärfenkreis nicht in Betracht gezogen wird.
10 zeigt die Anordnung der CCD gemäß viertem Ausführungsbeispiel. Der obere Extraktionsbereich und der untere Extraktionsbereich, die im zweiten Ausführungsbeispiel (8) gezeigt sind, sind in diesem Ausführungsbeispiel mit FA1 bzw. FA2 bezeichnet. Der Mittelpunkt des Extraktionsbereichs FA1 entspricht einem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen, während der Mittelpunkt des Extraktionsbereichs FA2 einem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht. So sind Bildschärfe und -kontrast in jedem Extraktionsbereich gleichmäßig, wobei der Bildkontrast in Längsrichtung symmetrisch bezüglich des Mittelpunktes ist.
Die Längen der Extraktionsbereiche FA1 und FA2 sind jeweils mit h_P bezeichnet, während die Mittelpunkte der Extraktionsbereiche FA1 und FA2 mit HC1 bzw. HC2 bezeichnet sind und der Neigungswinkel der CCD 14 mit θ₂ bezeichnet ist. Der Neigungswinkel θ₂ erfüllt an Stelle der Formel (4) folgende Formel. sinθ2 = Δf/(hC – 2 × hP/2) = Δf/(hC – hP) (6)
Demnach berechnet sich der Neigungswinkel θ₂ nach folgender Formel. θ2 = sin–1(Δf/(hC – hP)) = sin–1(1/(hC – hP) × f2/(Lmin – f) (7)
Unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem fünften Ausführungsbeispiel wird die Bedingung für den minimalen Neigungswinkel auf Grundla ge des tolerierbaren Unschärfenkreises berechnet. Die Lichtempfangsfläche ist so angeordnet, dass sie um eine vorgegebene Länge längs der optischen Achse von der Bildebene entfernt ist. Die Konstruktion der Abbildungsvorrichtung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
11 zeigt die Anordnung der CCD unter Berücksichtigung des tolerierbaren Unschärfenkreises. 12 zeigt den oberen Teil der CCD, in dem der ein Objekt im Unendlichen zugeordnete Unschärfenkreis ausbildet ist. 13 zeigt eine vergrößerte Ansicht der in 12 dargestellten Aufnahmeoptik. Zunächst wird ein Endpunkt der Lichtempfangsfläche 14A als Bildpunkt definiert, der Unendlich entspricht, während der andere Endpunkt als Bildpunkt definiert wird, der dem kürzesten Fokussierabstand entspricht. Die Bedingung für den minimalen Neigungswinkel wird, wie nachfolgend beschrieben, auf Grundlage des tolerierbaren Unschärfenkreises berechnet, der ein noch als scharfes Bild visuell akzeptierbares Bild darstellt, d.h. auf Grundlage der Schärfentiefe.
In 11 ist die Anordnung der CCD 14, in der der Bildpunkt des Objektes im Unendlichen dem ersten Endpunkt 14X und der Bildpunkt des Objektes im kürzesten Fokussierabstand dem zweiten Endpunkt 14Y entspricht, gestrichelt dargestellt. Ferner sind in 11 zwei Unschärfenkreise c₁ und c₂ dargestellt, die erzeugt werden, indem die Stellung der CCD 14 zu der zur optischen Achse E vertikalen, d.h. senkrechten Richtung hin verändert wird. Der Radius des Unschärfenkreises c₁, der dem ersten Endpunkt 14X benachbart ist, ist mit d₁ bezeichnet, während der Radius des Unschärfenkreises c₂, der dem zweiten Endpunkt 14Y benachbart ist, mit d₂ bezeichnet ist. Der Neigungswinkel wird unter der Bedingung berechnet, dass die Radien d₁ und d₂ der Unschärfenkreise c₁ und c₂ gleich oder kleiner dem Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises sind. Die CCD 14 ist so angeordnet, dass der Mittelpunkt 14W ihrer Lichtempfangsfläche 14A um Δf/2 längs der optischen Achse E von dem Brenn- oder Schärfenpunkt entfernt ist. Ist der Mittelpunkt 14W um Δf/2 von dem Schärfenpunkt entfernt, so ist der Radius d₁ des Unschärfenkreises c₁ größer als der Radius d₂ des Unschärfenkreises c₂ (d₁ > d₂). Deshalb wird im Folgenden der Neigungswinkel unter der Bedingung berechnet, dass der Radius d₁ gleich oder kleiner als dem Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises ist.
Wie in 12 gezeigt, bezeichnet θ₃ den Neigungswinkel der Lichtempfangsfläche 14A, D den wirksamen Radius der Aufnahmeoptik 12, g den längs der optischen Achse E gemessenen Abstand der Brennebene FS zu dem ersten Endpunkt 14X und ϕ den Winkel zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und der optischen Achse E. Ferner ist der Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und der Lichtempfangsfläche 14A durch 14Z, der obere Grenzpunkt, der den Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und der Hauptebene MM darstellt, mit 12X und der untere Grenzpunkt, der den Schnittpunkt zwischen der Hauptebene MM und dem unteren Grenzstrahl DL darstellt, mit 12Y bezeichnet. Ferner ist die Linie, die parallel zur Lichtempfangsfläche 14A verläuft und durch den unteren Grenzpunkt 12Y geht, mit JJ, der Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und dieser parallelen Linie JJ mit JL, der Abstand von dem unteren Grenzpunkt 12Y zu dem Schnittpunkt JL mit D₁, sowie die gerade Linie, die durch den ersten Endpunkt 14X geht und vertikal, d.h. senkrecht zur optischen Achse E verläuft, mit JK bezeichnet.
Bezeichnet man den Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und dem unteren Grenzstrahl DL mit PQ, so ist das aus den Punkten JL, 12Y, PQ zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten 14Z, 14X, PQ zusammengesetzten Dreieck. Deshalb gilt folgende Formel. d1 : D1 = g : f (8)
Auf Grundlage der Formel (8) berechnet sich der Radius d₁ des Unschärfenkreises c₁ nach folgender Formel. d1 = g/f × D (9)
Wie in 13 gezeigt, bezeichnet XX den Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie MN, die durch den oberen Grenzpunkt 12X geht und parallel zur optischen Achse E verläuft, und der Linie JJ, während YY den Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie MS, die durch den Schnittpunkt XX geht und parallel zur Hauptebene MM verläuft, und dem oberen Grenzstrahl UL bezeichnet. Der Abstand von dem unteren Grenzpunkt 12Y zu dem auf der geraden Linie JJ liegenden Schnittpunkt XX ist mit D₂ bezeichnet. Der Abstand von dem oberen Grenzpunkt 12X zu dem auf der geraden Linie MN liegenden Schnittpunkt XX ist mit D₃ bezeichnet. Der Abstand von dem Schnittpunkt XX zu dem auf der geraden Linie MS liegenden Schnittpunkt YY ist mit D₄ bezeichnet. In diesem Fall gelten folgende Formeln. D2 = D/cosθ3 (10) D3 = D tanθ3 (11) D4 = D3 tanϕ (12)
Da andererseits das aus den drei Punkten JL, XX, YY gebildete Dreieck ähnlich dem aus den Punkten JL, 12Y, 12X gebildeten Dreieck ist, gilt folgende Formel. D : D4 = D1 : (D2 – D1) (13)
Auf Grundlage der Formel (13) erhält man den Abstand D₁ nach folgender Formel. D1 = D/(sinθ3 × tanϕ + cosθ3) (14)
Den Radius d₁ erhält man, indem man die Formel (9) in die Formel (14) einsetzt. d1 = (gD/f) × 1/(sinθ3 × tanϕ + cosθ3) (15)
Bezeichnet man den Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl UL und einer geraden Linie JK, die vertikal, d.h. senkrecht zur optischen Achse E verläuft, mit PX und den Abstand von dem Schnittpunkt PX zu dem auf der geraden Linie JK liegenden ersten Endpunkt 14X mit h₁, so ist das aus den Punkten PQ, 12Y, 12X zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten PQ, 14X, PX zusammengesetzten Dreieck. Deshalb ist folgende Formel erfüllt. h1 : D = g : f (16)
Auf Grundlage der Formel (16) erhält man den Abstand h₁ nach folgender Formel. h1 = (g/f) × D (17)
Bezeichnet man die gerade Linie, die parallel zur optischen Achse E verläuft und durch den Schnittpunkt PX geht, mit JM und den Abstand von einem Punkt MZ, der den Schnittpunkt zwischen der Hauptebene MM und der geraden Linie JM darstellt, zu dem oberen Grenzpunkt 12X mit D₅ (vergl. 12), so erfüllt der Winkel ϕ folgende Formel. tanϕ = D5/(f + g) (18)
Bezeichnet man dagegen den Schnittpunkt zwischen der geraden Linie JK und der optischen Achse E mit ST, so erfüllt der Abstand D₆ von dem ersten Endpunkt 14X zu dem Schnittpunkt ST folgende Formel. D6 = D5 + D/2 + h1 = (hC/2) × cosθ3 (19)
Den Abstand D₅ erhält man demnach nach folgender Formel. D5 = (hC/2) × cosθ3 – h1 – D/2 (20)
Den Winkel tanϕ erhält man, indem man die Formel (20) in die Formel (18) einsetzt. tanϕ = ((hC/2) × cosθ3 – h1 – D/2)/(f + g) (21)
Ferner lässt sich der Winkel tanϕ auch darstellen, indem man die Formel (17) in die Formel (21) einsetzt. tanϕ = ((hC/2) × cosθ3 – gD/f – D/2)/(f + g) (22)
Da man den Abstand Δf nach der Formel (3) erhält, ergibt sich folgende Formel, wenn man die Formeln (3) und (20) in die Formel (15) einsetzt. sinθ3 × (hC/2 × cosθ3 – D(g/f + 1/2))/(f + g) + cosθ3 = gD/fd1 (23)
Zieht man das aus den Punkten 14X, 14W, ST zusammengesetzte Dreieck heran, so erfüllen der Abstand g und der Abstand Δf folgende Formel. g = (Δf – hC × sinθ3)/2 (24)
Durch Einsetzen der Formel (24) in die Formel (23) erhält man folgende Formel. K + L = M (25)
Dabei gilt K = (D/fd1) × (hCsin2θ3 – 2Δf × hCsinθ3 + Δf2)/4 L = ((1/d1 + sinθ3/f) × D – cosθ3) × (Δf – hCsinθ3)/2 M = sinθ3(hCcosθ3 – D)/2 + fcosθ3
Da der Neigungswinkel θ₃ der CCD 14 klein ist, gilt folgende Formel. cosθ3 ≈ 1, sin2θ ≈ 0 (26)
Auf Grundlage der Formeln (25) und (26) erhält man den Neigungswinkel θ₃ nach folgender Formel. θ3 = sin–1((Δf/2 – d1f/D)(2f + Δf)/((hC – d1)(f + Δf))) (27)
Den Abstand Δf erhält man nach der Formel (3). Außerdem hängt der Maximalwert für den Radius d₁ des Unschärfenkreises, d.h. der Radius des noch tolerierbaren Unschärfenkreises, von den Eigenschaften der Aufnahmeoptik 12, der Pixelzahl, der Größe der CCD 14 etc. ab.
Der Neigungswinkel 83 gibt den minimalen Neigungswinkel an. Wird die CCD 14 unter einem Neigungswinkel angeordnet, der kleiner als der Winkel θ₃ ist, so tritt ein Unschärfenkreis auf, dessen Radius größer als der des tolerierbaren Unschärfenkreises ist.
Ist die wirksame Länge h_C der Lichtempfangsfläche 14A gleich 5,4 mm, die Brennweite f gleich 5,4 mm, der kürzeste Schärfenabstand L_min gleich 300,0 mm (Fernabstand = ∞), die F-Zahl der Aufnahmeoptik f/D gleich 2,8 und der Maximalwert für den Radius d₁ des Unschärfenkreises c₁, d.h. der Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises, gleich 0,009 mm, so ergibt sich für den Neigungswinkel θ₃ nach der Formel (27) folgender Wert. θ3 = 0,5117° (28)
Dabei ist der Radius d₁ unter der Bedingung definiert, dass die Zahl an Pixeln längs einer Zeile 1800 und der Pixelabstand 3 μm beträgt.
Im Folgenden wird eine Abbildungsvorrichtung als sechstes Ausführungsbeispiel ohne Bezugnahme auf eine Figur beschrieben. In dem sechsten Ausführungsbeispiel wird der tolerierbare Unschärfenkreis berücksichtigt. Ähnlich wie in dem in 10 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel sind in diesem Ausführungsbeispiel Extraktionsbereiche auf der Lichtempfangsfläche definiert. Der Neigungswinkel wird unter der Bedingung berechnet, dass der Mittelpunkt eines Extraktionsbereichs dem Unschärfenkreis entspricht, der durch ein Objekt im kürzesten Fokussierabstand erzeugt wird. Im Übrigen ist diese Abbildungsvorrichtung gleich der des fünften Ausführungsbeispiels.
Bezeichnet man den Neigungswinkel mit θ₄, so erhält man den Neigungswinkel θ₄ ähnlich wie in dem vierten Ausführungsbeispiel, indem man an Stelle von h_C die Größe (h_C – h_P) verwendet. θ4 = sin–1(((Δf/2 – d1f/D)(2f + Δf))/(hC – hP – d1)(f + Δf))) (29)
Unter Bezugnahme auf 14 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als siebentes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem siebenten Ausführungsbeispiel ist der Radius des im oberen Endpunkt erzeugten Unschärfenkreises gleich dem des in dem unteren Endpunkt erzeugten Unschärfenkreises. Im Übrigen ist diese Abbildungsvorrichtung gleich der des fünften Ausführungsbeispiels nach den 11 bis 13.
14 zeigt die Anordnung der CCD 14 gemäß siebentem Ausführungsbeispiel. Ist der Radius d₁ des Unschärfenkreises c₁, der dem ersten Endpunkt 14X entspricht, gleich dem Radius d₂ des Unschärfenkreises c₂, der dem zweiten Endpunkt 14Y entspricht, so fällt der Mittelpunkt 14W der Lichtempfangsfläche 14A nicht mit dem Punkt zusammen, der um Δf/2 von der Bildebene beabstandet ist, was einen Unterschied gegenüber dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel darstellt. Der Abstand von einem Punkt ST, der den Schnittpunkt zwischen einer durch den ersten Endpunkt 14Y gehenden geraden Linie JK und der optischen Achse E darstellt, zu der Brennebene FS ist mit g₁ bezeichnet. Der Abstand von einer geraden Linie KK, die durch den zweiten Endpunkt 14Y geht und vertikal, d.h. senkrecht zur optischen Achse E verläuft, zu der geraden Linie JS, die den Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand enthält, ist mit g₂ bezeichnet. Ferner bezeichnet θ₅ den Neigungswinkel der Lichtempfangsfläche 14A, ϕ₁ den Winkel zwischen dem oberen Grenzstrahl UL, der auf den ersten Endpunkt 14X gerichtet ist, und der geraden Linie JM und ϕ₂ den Winkel zwischen dem oberen Grenzstrahl TL, der auf den zweiten Endpunkt 14Y gerichtet ist, und der optischen Achse E.
Andererseits bezeichnet JQ den Schnittpunkt einer geraden Linie JJ, die parallel zur Lichtempfangsfläche 14A verläuft, und einer geraden Linie TT, die sich von dem oberen Grenzpunkt 12X längs des oberen Grenzstrahls TL erstreckt. D'₂ bezeichnet den Abstand von dem unteren Grenzpunkt 12Y zu dem Schnittpunkt JQ, D'₃ den Abstand von der Hauptebene MM zu dem Schnittpunkt JQ und D'₄ den Abstand von einer geraden Linie MN, die durch den oberen Grenzpunkt 12X geht und parallel zur optischen Achse E verläuft, zu dem Schnittpunkt JQ. Ferner bezeichnet US den Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl TL und der geraden Linie KK, MR eine gerade Linie, die durch den Schnittpunkt US geht und parallel zur optischen Achse E verläuft, und D'₅ den Abstand von der geraden Linie MR zu dem unteren Grenzpunkt 12Y.
Bezeichnet man den Schnittpunkt zwischen dem oberen Grenzstrahl TL und der Lichtempfangsfläche 14A TM und einen auf der geraden Linie JS liegenden Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand mit TN, so ist das aus den Punkten TN, TM, 14Y zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten TN, JQ, 12Y zusammengesetzten Dreieck. So ergibt sich folgende Formel: d2 : D'2 = g2 : (f + Δf) (30)
Der Radius d₂ wird nach folgender Formel berechnet. d2 = g2D'2/(f + Δf) (31)
Bezeichnet man andererseits den Punkt, der in der Hauptebene MM liegt und um den Abstand D'₄ von dem oberen Grenzpunkt 12X entfernt ist, so gilt über das aus den Punkten 12Y, JQ, JU zusammengesetzte Dreieck folgende Forme. D'2cos θ5 = D + D'4 = D + D'2sinθ5 × tanϕ2 (32)
Auf Grundlage der Formel (32) erhält man den Abstand D'₂ nach folgender Formel. D'2 = D/(cos θ5 – sinθ5 × tanϕ2) (33)
Der Radius d₂ wird berechnet, indem die Formel (33) wie folgt in die Formel (31) eingesetzt wird. d2 = g2/(f + Δf) × D/(cosθ5 – sinθ5 × tanϕ2) (34)
Bezeichnet man den Abstand zwischen dem Punkt US zu dem zweiten Endpunkt 14Y mit h₂, so ist, da das aus den Punkten TN, US; 14Y zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten TN, 12X, 12Y zusammengesetzten Dreieck ist, folgende Formel erfüllt. h2 : D = g2 : (f + Δf) (35)
Den Abstand h₂ erhält man demnach wie folgt. h2 = g2D/(f + Δf) (36)
Bezeichnet man den Schnittpunkt der Hauptebene MM und der geraden Linie MR mit JX, so ist über das aus den Punkten US, JX, 12X zusammengesetzte Dreieck folgende Formel erfüllt. tanϕ2 = (D + D'5)/(f + Δf – g2) (37)
Andererseits erhält man den Abstand D'₅ nach folgender Formel. D'5 = (hC/2)cosθ5 – D/2 – h2 (38)
Setzt man die Formeln (36) und (38) in die Formel (37) ein, so erhält man folgende Formel. tanϕ2 = ((hC/2)cosθ5 – g2D/(f + Δf) + D/2 (f + Δf – g2) (39)
Bezeichnet man den Schnittpunkt einer geraden Linie JW, die durch den ersten Endpunkt 14X geht und parallel zur optischen Achse E verläuft, und der geraden Linie KK mit JZ, so erhält man über das aus den Punkten 14Y, 14X, JZ zusammengesetzte Dreieck folgende Formel. hCsinθ5 = Δf – g1 – g2 (40)
Andererseits erhält man über die Formeln (15) und (22), die in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel angegeben wurden, den Abstand d₁ und den Winkel ϕ₁ nach folgenden Formeln. d1 = (g1D/f) × 1/(sinθ5 × tanϕ1 + cosθ5) (41) tanϕ1 = ((hC/2) × cosθ5 – g1D/f – D/2)/(f + g1) (42)
Wie oben beschrieben, ist außerdem folgende Formel erfüllt. d1 = d2 (43)
Der Neigungswinkel θ₅, der die Formeln (34), (39), (40), (41), (42) und (43) erfüllt, wird demnach als minimaler Neigungswinkel ermittelt, der zu den Radien d₁ und d₂ führt, die kleiner als der Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises sind. Die Formel zur Ermittlung des Neigungswinkels θ₅ ist nicht dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 15 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als achtes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem achten Ausführungsbeispiel wird der Neigungswinkel für ein im Fernabstand (nicht im Unendlichen) angeordnetes Objekt berechnet, worin sich das achte Ausführungsbeispiel von dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Im Folgenden wird für die Ermittlung des minimalen Neigungswinkels der Unschärfenkreis nicht berücksichtigt. Im Übrigen ist das achte Ausführungsbeispiel gleich dem dritten Ausführungsbeispiel.
15 zeigt die Anordnung der CCD 14 gemäß achtem Ausführungsbeispiel. Die von der optischen Achse E aus gemessene Höhe eines Objektes Y4 ist mit H' bezeichnet, der Endpunkt des Objektes Y4 mit T1, der Schnittpunkt zwischen dem Objekt Y4 und der optischen Achse E mit T2, die gerade Linie, die durch den ersten Endpunkt 14X geht und vertikal, d.h. senkrecht zur optischen Achse E verläuft, mit YK', der auf der geraden Linie JK' liegende Bildpunkt des Endpunktes T1 mit H₃, der Abstand von der optischen Achse E zum Bildpunkt H₃ mit h' und der Schnittpunkt zwischen der Hauptebene MM und dem unteren Grenzstrahl DL des Objektes Y4 mit C2. Der längs der optischen Achse E gemessene Abstand von der Brennebene FS zum ersten Endpunkt 14X ist mit Δf₂ und der Neigungswinkel der CCD 14 mit θ₁' bezeichnet. Der Fernaufnahmebereich ist durch die Größe L_rem bezeichnet, die den Abstand von der Hauptebene MM angibt, bei dem ein Bild des Objektes Y4 auf der geraden Linie JK' erzeugt wird.
Entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel ist das aus den Punkten C, S1, S2 zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten C, H1, H2 zusammen gesetzten Dreieck und das aus den Punkten C1, C1, FD zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten H2, H1, FD zusammengesetzten Dreieck. Demnach sind folgende Formeln erfüllt. H/Lmin = h/(f + Δf) (44) H/f = h/Δf (45)
Auf Grundlage der Formeln (44) und (45) erhält man folgende Formel. Δf = f2/(Lmin – f) (46)
Bezeichnet man andererseits den Schnittpunkt zwischen der geraden Linie JK' und der optischen Achse E mit H_2', so erhält man, da das aus den Punkten C, T1, T2 zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten C, H₂, H_2' zusammengesetzten Dreieck ist, folgende Formel. H'/Lrem = h'/(f + Δf2) (47)
Da das aus den Punkten C, C2, FD zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten H_2', H₃, FD zusammengesetzten Dreieck ist, erhält man folgende Formel. H'/f = h'/Δf2 (48)
Über die Formeln (47) und (48) erhält man folgende Formel. Δf2 = f2/(Lrem – f) (49)
Entsprechend der Formel (4) erfüllt der Neigungswinkel θ_1' folgende Formel. sinθ1' = (Δf – Δf2)/hC (50)
Über die Formel (50) erhält man den Neigungswinkel θ_1' nach folgender Formel. θ1' = sin–1((Δf – Δf2)/hC) = sin–1((1/hC) × f2(1/Lmin – f) – 1/(Lrem – f))) (51)
Ein Objekt Y4' mit einem Endpunkt T3, dessen Bild im ersten Endpunkt 14X erzeugt wird, ist in 15 gestrichelt dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 16 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als neuntes Ausführungsbeispiel beschrieben. Im neunten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Objekt im Fernabstand (nicht im Unendlichen), und der Mittelpunkt eines Extraktionsbereichs wird als Bildpunkt des Objektes im Fernabstand definiert, wodurch sich dieses Ausführungsbeispiel von dem in 10 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Der Unschärfenkreis wird nicht berücksichtigt. Im übrigen ist dieses Ausführungsbeispiel gleich dem vierten Ausführungsbeispiel.
16 zeigt die Anordnung der CCD 14 gemäß neunten Ausführungsbeispiel. Ähnlich wie in dem vierten Ausführungsbeispiel erfüllt der Neigungswinkel θ_2' folgende Formel. sinθ2' = (Δf – Δf2)/(hC – hP) (52)
Demnach erhält man den Neigungswinkel θ_2' nach folgender Formel. θ2' = sin–1((1/(hC – hP)) × f2(1/(Lmin – f) – 1/(Lrem – f))) (53)
Unter Bezugnahme auf die 17 bis 19 wird im Folgenden eine Abbildungsvorrichtung als zehntes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem zehnten Ausführungsbeispiel wird der tolerierbare Unschärfenkreis ähnlich wie in dem in den 11 bis 13 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel berücksichtigt, wobei ein Objekt im Fernabstand vorhanden ist. Die Bildebene des im Fernabstand angeordneten Objektes liegt in einem vorgegebenen Abstand hinter der Brennebene FS.
17 zeigt die Anordnung der CCD 14, bei der der Unschärfenkreis auf der Lichtempfangsfläche 14A erzeugt wird. 18 zeigt die Anordnung der CCD 14, wobei der Unschärfenkreis, der dem im Fernabstand angeordneten Objekt entspricht, dargestellt ist. 19 zeigt eine vergrößerte Darstellung der in 17 gezeigten Aufnahmeoptik.
Die Endpunkte des Lichtempfangsbereichs 14 sind als Bildpunkt eines Objektes im Fernabstand und als Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand definiert. Die Schärfentiefe, d.h. der tolerierbare Unschärfenkreis, wird im Folgenden berücksichtigt.
In 17 wird der Unschärfenkreis c₁ nahe dem ersten Endpunkt 14X und der Unschärfenkreis c₂ nahe dem zweiten Endpunkt 14Y erzeugt. Die CCD 14 ist so angeordnet, dass der Mittelpunkt 14W der Lichtempfangsfläche 14A in dem längs der optischen Achse E gemessenen Abstand (Δf + Δf₂)/2 von der Brennebene FS entfernt ist.
Entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel ist das aus den Punkten JL, 12Y, PQ zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten 14Z, 14X, PQ zusammengesetzten Dreieck, so dass man folgende Formel erhält. d1 : D1' = g : (f + Δf2) (54)
Im Folgenden werden die Symbole D_1', D_2', D_3', D_4', D_5' an Stelle der Symbole D'₁, D'₂, D'₃, D'₄, D'₅ verwendet. Über die Formel (54) erhält man den Radius d₁ des Unschärfenkreises c₁ nach folgender Formel. d1 = g/(f + Δf2) × D1' (55)
Entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel sind folgende Formeln erfüllt. D2' = D/cosθ3' (56) D3' = Dtanθ3' (57) D4' = D3'tanϕ' (58)
Da das aus den Punkten JL, XX, YY zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten JL, 12Y, 12X zusammengesetzten Dreieck ist, ist folgende Formel erfüllt. D : D4' = D1' : (D2' – D1') (59)
Über die Formeln (58) und (59) erhält man den Abstand D_1' nach folgender Formel. D1' = D/(sinθ3' × tanϕ' + cosθ3') (60)
Setzt man die Formel (60) in die Formel (55) ein, so erhält man den Radius d₁ wie folgt. d1 = (gD/(f + Δf2)) × 1/(sinθ3' × tanϕ' + cosθ3') (61)
Da entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel das aus den Punkten PQ, 12Y, 12X zusammengesetzte Dreieck ähnlich dem aus den Punkten PQ, 14X, PX zusammengesetzten Dreieck ist, ist folgende Formel erfüllt. h1' : D = g : (f + Δf2) (62)
Ferner erhält man die Höhe h₁ und den Winkel tanϕ' nach folgenden Formeln. h1' = (g/(f + Δf2)) × D (63) tanϕ' = D5'/(f + Δf2 + g) (64)
Entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel erhält man dann den Abstand D_5' und den Winkel tanϕ' nach folgenden Formeln. D5' = (hC/2) × cosθ3' – h1 – D/2 (65) tanϕ' = ((hC/2) × cosθ3' – gD/(f + Δf2) – D/2)/(f + Δf2 + g) (66)
Über die Formel (66) erhält man folgende Formel. sinθ3' × (hC/2 × cosθ3' – gD/(f + Δf2) – D/2)/(f + Δf2 + g) + cosθ3' = gD/(f + Δf2)d1 (67)
Andererseits erfüllen die Abstände g, Δf und Δf₂ folgende Formel. g = (Δf – Δf2 – hCsinθ3')/2 (68)
Demnach erhält man folgende Formel. K' + L' = M' (69)
Darin gilt: K' = ((D/(f + Δf2) × d1) × g2 L' = ((1/d1 + sinθ3'/(f + Δf2)) × D – cosθ3') × g M' = sinθ3'(hCcosθ3' – D)/2 + (f + Δf2)cosθ3'
Dann berechnet man auf Grundlage der Formel (26) den Neigungswinkel θ_3' wie folgt. θ3' = sin–1(N'/O') (70)
Darin gilt N' = ((Δf – Δf2)/2 – d1(f + Δf)/D)(2f + Δf + Δf2) O' = (hC – d1)(f + Δf)
Wird die Abbildungsvorrichtung beispielsweise für ein elektronisches Endoskop verwendet, so ist die wirksame Länge h_C der Lichtempfangsfläche 14A gleich 5,4 mm, die Brennweite f gleich 4,0 mm, der maximale Fernabstand L_rem gleich 50,0 mm, der kürzeste Fokussierabstand L_min gleich 10,0 mm, die F-Zahl f/D der Aufnahmeoptik gleich 8,0 und der Maximalwert für den Radius d₁ des Unschärfenkreises, d.h. der Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises, gleich 0,009 mm, so dass sich für den Neigungswinkel θ_3' nach folgender Formel (71) ergibt: θ3' = 18,58° (71)
Im Folgenden wird ein elftes Ausführungsbeispiel ohne Bezugnahme auf eine Figur beschrieben. In dem elften Ausführungsbeispiel sind ähnlich wie in dem sechsten Ausführungsbeispiel Extraktionsbereiche auf der Lichtempfangsfläche definiert, und der Neigungswinkel wird unter der Bedingung berechnet, dass der Mittelpunkt eines Extraktionsbereichs dem nicht fokussierten Bild, d.h. dem Unschärfenbild im kürzesten Fokussierabstand entspricht. Im Übrigen ist dieses Ausführungsbeispiel gleich dem zehnten Ausführungsbeispiel.
Ähnlich wie in dem sechsten Ausführungsbeispiel erhält man den Neigungswinkel θ_4', indem man h_C durch (h_C – h_P) ersetzt. θ4' = sin–1(N''/O'') (72)
Darin gilt: N'' = ((Δf – Δf2)/2 – d1(f + Δf)/D)(2f + Δf + Δf2)) O'' = ((hC – hP – d1)(f + Δf))

Claims

Elektronisches Gerät mit einer Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes, eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, eine Verarbeitungseinheit zum Extrahieren eines Schärfenbildes aus dem Objektbild in Form von Schärfenbilddaten auf Grundlage der Bildpixelsignale, eine Verarbeitungseinheit zum Aufnehmen der Schärfenbilddaten in einem Speicher und eine Verarbeitungseinheit zum Darstellen des Schärfenbildes auf einer Anzeige entsprechend den Schärfenbilddaten.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionseinheit einen Schärtendetektor aufweist, der einen Schärfenbereich in dem Objektbild erfasst.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionseinheit einen ersten Bereich zum Erzeugen eines Bildes eines vergleichsweise entfernt liegenden Objektes und einen zweiten Bereich zum Erzeugen eines Bildes eines vergleichsweise nahe liegenden Objektes definiert, und die Extraktionseinheit aus einem ersten Objektbild, das in dem ersten Bereich erzeugt wird, und einem zweiten Objektbild, das in dem zweiten Bereich erzeugt wird, wahlweise ein Bild auswählt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionseinheit einen Fernbereich, einen Nahbereich und einen Mittelbereich definiert, der Fernbereich zur Erzeugung eines Bildes eines vergleichsweise entfernt oder im Unendlichen liegenden Objektes definiert und auf einer Seite der Lichtempfangsfläche angeordnet ist, der Nahbereich zum Erzeugen eines Bildes eines Objektes, das einem kürzesten Fokussierabstand vergleichsweise nahe liegt, definiert und auf der anderen Seite der Lichtempfangsfläche angeordnet ist, der Fernbereich der Aufnahmeoptik längs der optische Achse näher liegt als der Nahbereich, der Mittelbereich zwischen dem Nahbereich und dem Fernbereich angeordnet ist und den Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche enthält und die Extraktionseinheit ein Objektbild, das in einem der genannten Bereiche erzeugt wird, in Form der Schärfenbilddaten extrahiert.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes, eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, und eine Verarbeitungseinheit zum Extrahieren eines Schärfenbildes aus dem Objektbild in Form von Schärfenbilddaten auf Grundlage der Bildpixelsignale.
Abbildungsverfahren, umfassend folgende Schritte: Neigen einer mit einer Lichtempfangsfläche versehenen Bildaufnahmevorrichtung um einen vorgegebenen Winkel gegenüber einer Richtung senkrecht zur optischen Achse einer Aufnahmeoptik, Erzeugen von Bildpixelsignalen aus einem Objektbild, das auf der Lichtempfangsfläche erzeugt wird, die gegenüber der zur optischen Achse senkrechten Richtung geneigt ist, und Extrahieren eines Schärfenbildes aus dem Objektbild in Form von Schärfenbilddaten auf Grundlage der Bildpixelsignale.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes und eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche der Bildaufnahmevorrichtung gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist, der so bemessen ist, dass ein Endabschnitt der Lichtempfangsfläche einem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der andere Endabschnitt der Lichtempfangsfläche einem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt der Lichtempfangsfläche einem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen entspricht und die Lichtempfangsfläche um einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ1 = sin–1(Δf/hC) = sin–1((1/hC) × f2(Lmin – f))worin θ₁ den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche und L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt der Lichtempfangsfläche dem Bildpunkt des Objektes im Fernabstand entspricht und die Lichtempfangsfläche um einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ1' = sin–1((Δf – Δf2)/hC) = sin–1((1/hC) × f2(1/Lmin – f) – 1/(Lrem – f))) worin θ_1' den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik und L_rem den Abstand von einer Position eines Objektes im Fernabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes, eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, wobei ein erster Bildbereich in einem ersten Endabschnitt und ein zweiter Bildbereich in einem zweiten Endabschnitt der Lichtempfangsfläche definiert ist, der erste Bildbereich von der Aufnahmeoptik weiter entfernt ist als der zweite Bildbereich, der erste Bildbereich zur Fokussierung eines Bildes eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der zweite Bildbereich zur Fokussierung eines Bildes eines Objektes im Nahabstand definiert ist, und der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs dem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der Mittelpunkt des zweiten Bildbereichs dem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bildbereich für ein Objekt im Unendlichen definiert ist, dass der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs einem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen entspricht und dass der Lichtempfangsbereich unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Bedingung erfüllt: θ2 = sin–1(Δf/(hC – hP)) = sin–1(1/(hC – hP) × f2/(Lmin – f)worin θ₂ den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, h_P jeweils die Länge des ersten und des zweiten Bildbereichs und L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bildbereich für ein Objekt im Fernabstand definiert ist, dass der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs einem Bildpunkt des Objektes im Fernabstand entspricht und dass der Lichtempfangsbereich unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ2' = sin–1((1/(hC – hP)) × f2(1/(Lmin – f) – 1/(Lrem – f)))worin θ_2' den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, h_P jeweils die Länge des ersten und des zweiten Bildbereichs, L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik und L_rem den Abstand eines Objektes im Fernabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes und eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, wobei ein Endabschnitt des Lichtempfangsbereichs einem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der andere Endabschnitt der Lichtempfangsfläche einem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht, und die Lichtempfangsfläche so geneigt ist, dass ein in dem einen Endabschnitt erzeugter Unschärfenkreis einen Radius hat, der gleich oder kleiner als der Radius eines tolerierbaren Unschärfenkreises ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endabschnitt der Lichtempfangsfläche dem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen entspricht und die Lichtempfangsfläche unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ3 = sin–1((Δf/2 – d1f/D)(2f + Δf)/((hC – d1)(f + Δf)))worin θ₃ den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, D die wirksame Länge der Aufnahmeoptik, d₁ den Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises und L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt der Lichtempfangsfläche dem Bildpunkt eines Objektes im Fernabstand entspricht und die Lichtempfangsfläche unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ3' = sin–1(((Δf – Δf2)/2 – d1(f + Δf)/D)(2f + Δf + Δf2)/(hC – d1)(f + Δf))) worin θ_3' den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, D die wirksame Länge der Aufnahmeoptik, d₁ den Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises, L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik und L_rem den Abstand von einem Objekt im Fernabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes und eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, wobei in einem Endabschnitt der Lichtempfangsfläche ein erster Bildbereich und in dem anderen Endabschnitt der Lichtempfangsfläche, der der Aufnahmeoptik näher als der erste Endabschnitt ist, ein zweiter Bildbereich definiert ist, der erste Bildbereich zur Fokussierung eines Bildes eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand definiert ist und der zweite Bildbereich zur Fokussierung eines Bildes eines Objektes im Nahabstand definiert ist, der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs dem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der Mittelpunkt des zweiten Bildbereichs dem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht, und die Lichtempfangsfläche so geneigt ist, dass ein in dem einen Endabschnitt erzeugter Unschärfenkreis einen Radius hat, der gleich oder kleiner als der Radius eines tolerierbaren Unschärfenkreises ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bildbereich für ein Objekt im Unendlichen definiert ist, dass der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs einem Bildpunkt des Objektes im Unendlichen entspricht und dass der Lichtempfangsbereich unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Bedingung erfüllt: θ4 = sin–1(((Δf/2 – d1f/D)(2f + Δf))/((hC – hP – d1)(f + Δf)))worin θ₄ den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge der Lichtempfangsfläche, h_P jeweils die Länge des ersten und des zweiten Bildbereichs, D die wirksame Länge der Aufnahmeoptik, d₁ den Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises und L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bildbereich für ein Objekt im Fernabstand definiert ist, dass der Mittelpunkt des ersten Bildbereichs einem Bildpunkt des Objektes im Fernabstand entspricht und dass die Lichtempfangsfläche unter einen Winkel geneigt ist, der gleich oder größer als ein Winkel ist, der folgende Gleichung erfüllt: θ4' = sin–1(((Δf – Δf2)/2 – d1(f + Δf)/D)(2f + Δf + Δf2)) /((hC – hP – d1)(f + Δf)))worin θ_4' den Neigungswinkel, f die Brennweite, h_C die wirksame Länge des Lichtempfangsbereichs, h_P jeweils die Länge des ersten und des zweiten Bildbereichs, D die wirksame Länge der Aufnahmeoptik, d₁ den Radius des tolerierbaren Unschärfenkreises, L_min den Abstand von einer Position im kürzesten Fokussierabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik und L_rem den Abstand von einem Objekt im Fernabstand zum Hauptpunkt der Aufnahmeoptik bezeichnet und Δf = f²/(L_min – f) gilt.
Abbildungsvorrichtung, umfassend eine Aufnahmeoptik zum Erzeugen eines Objektbildes und eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zum Erzeugen von Bildpixelsignalen aus dem auf der Lichtempfangsfläche erzeugten Objektbild, wobei die Lichtempfangsfläche gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Richtung unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, wobei ein Endabschnitt des Lichtempfangsbereichs einem Bildpunkt eines Objektes im Unendlichen oder im Fernabstand und der andere Endabschnitt des Lichtempfangsbereichs einem Bildpunkt eines Objektes im kürzesten Fokussierabstand entspricht, und der Lichtempfangsbereich so geneigt ist, dass ein Unschärfenkreis, der in dem einen Endabschnitt erzeugt wird, und ein Unschärfenkreis, der in dem anderen Endabschnitt erzeugt wird, gleichen Radius haben und dieser Radius gleich oder kleiner als der Radius eines tolerierbaren Unschärfenkreises ist.