Festbrennweiten- oder Varioobjektive: Was ist besser für Ihre Kamera?

Ein Kameraprojekt kann den richtigen Sensor, Prozessor und das richtige Gehäuse haben und trotzdem die falsche Sicht auf die Szene liefern. Eine frühe Entscheidung, die das Ergebnis stark beeinflusst, ist die Verwendung eines Festbrennweitenobjektivs oder eines Gleitsichtobjektivs. Die Begriffe werden manchmal lose verwendet, daher lohnt es sich, zwei Ideen zu trennen: Die Fokuseinstellung ändert die Entfernung, in der das Bild scharf ist, während die Brennweiteneinstellung das Sichtfeld ändert. Ein Objektiv kann beim Einbau fokussiert werden, ohne dass es sich um ein Varioobjektiv handelt. Bei einem echten Gleitsichtobjektiv kann die Brennweite und damit der Bildausschnitt über einen definierten Bereich angepasst werden.

Keines der Designs ist automatisch besser. AObjektiv mit fester Brennweiteist oft praktisch, wenn die Kameraposition und die erforderliche Abdeckung bekannt sind. Ein Gleitsichtobjektiv kann nützlich sein, wenn die Einbaubedingungen variieren oder der endgültige Blickwinkel nicht im Voraus festgelegt werden kann. Die richtige Wahl hängt von der Anwendung, dem Produktionsvolumen, dem mechanischen Arbeitsbereich und davon ab, wie viel Anpassung der Benutzer tatsächlich benötigt.

1. Die Fokuseinstellung ist nicht dasselbe wie der Zoom

Ein Festbrennweitenobjektiv hat eine Brennweite. Sein Sichtfeld wird durch diese Brennweite und die Abmessungen des aktiven Sensors bestimmt. Während der Installation muss das Objektiv möglicherweise noch fokussiert werden, damit die Zielebene scharf ist. Bei kompakten Platinenkameras kann es sein, dass das Objektiv in seiner Halterung gedreht und anschließend befestigt wird.

Ein Gleitsichtobjektiv verfügt über verschiedene Brennweiten, z. B. eine kürzere Einstellung für eine breitere Sicht und eine längere Einstellung für eine engere Sicht. Durch Ändern der Brennweite ändern sich die Bildvergrößerung und der Bildausschnitt. Abhängig vom optischen Design muss der Installateur dann möglicherweise neu fokussieren. AGleitsichtobjektivsollte auch nicht mit einem motorisierten Zoomobjektiv verwechselt werden: Die Vario-Einstellung kann manuell erfolgen, während der motorisierte Zoom Aktuatoren und Steuerelektronik hinzufügt. Diese Unterscheidung ist beim Verfassen einer Spezifikation wichtig, da „einstellbarer Fokus“ und „einstellbares Sichtfeld“ unterschiedliche Funktionen beschreiben.

2. Wann ein Festbrennweitenobjektiv sinnvoll ist

Designs mit fester Brennweite sind attraktiv, wenn die Montageposition der Kamera, die Zielentfernung und die erforderliche Abdeckung stabil sind. Das optische Design kann auf eine Brennweite und ein Sensorformat statt auf einen Bereich hin optimiert werden. Dies kann die Kontrolle von Größe, Kosten, Verzerrung und Bildqualität für eine definierte Anwendung erleichtern.

Dies ist für hochvolumige eingebettete Kameras relevant. Eine Türklingelkamera, eine kompakte IP-Kamera, eine Dash-Kamera oder ein spezielles Inspektionsmodul kann eine feste mechanische Position und eine genau definierte Szene haben. Sobald das Sichtfeld validiert ist, kann eine einstellbare Brennweite die Komplexität erhöhen, ohne das Produkt zu verbessern. Feste Konstruktionen können auch die Montage vereinfachen und die Anzahl der Anpassungen reduzieren, die ständig an der Produktionslinie vorgenommen werden müssen.

Die Einschränkung liegt in der Flexibilität. Wenn die Kamera später weiter vom Ziel entfernt installiert wird oder der Kunde die erforderliche Abdeckung ändert, liefert ein festes Objektiv möglicherweise nicht den gewünschten Bildausschnitt. Das Projekt erfordert möglicherweise eine andere Brennweite oder eine neu gestaltete Montageposition. Daher ist es wichtig, die Installationsgeometrie zu bestätigen, bevor die Objektivspezifikation festgelegt wird.

3. Wo Gleitsichtgläser nützlich sind

Gleitsichtgläser sind wertvoll, wenn die Installationsgeometrie unsicher ist oder von Standort zu Standort unterschiedlich ist. Nach der Montage der Kamera muss ein Sicherheitsintegrator möglicherweise einen Türrahmen, eine Ladebucht oder einen Umfassungsbereich einrahmen. Eine variable Brennweite kann dem Installateur dabei helfen, die Abdeckung gegen Details einzutauschen, ohne die Kamera physisch umstellen zu müssen.

Sie können auch bei Piloteinsätzen nützlich sein. Ein Kunde kennt möglicherweise die ungefähre Szene, aber nicht den endgültigen Abstand zwischen Kamera und Motiv. Eine einstellbare Linse ermöglicht es dem Team, verschiedene Ansichten zu bewerten, bevor die Spezifikation eingefroren wird. Allerdings muss der Verstellbereich angemessen sein. Ein auf einem Datenblatt aufgedruckter großer Bereich garantiert nicht, dass das Objektiv bei jeder Einstellung eine akzeptable Auflösung, Verzerrung oder Kantenleistung liefert.

Fordern Sie bei Projekten, bei denen Varifokaloptiken zum Einsatz kommen, Beweise für die Bildqualität im Weitwinkel-, Mittel- und Telebereich an. Prüfen Sie, ob nach einer Brennweitenänderung der Fokus neu eingestellt werden muss, wie die Einstellung arretiert wird und ob die Einstellung nach dem Einbau der Kamera in ihr Gehäuse durchgeführt werden kann.

4. Vergleichen Sie das komplette Bildgebungssystem

Das Sensorformat ist ein Ausgangspunkt, da es den vom Objektiv verwendeten Bildbereich beeinflusst. Bei einer gegebenen Brennweite erfasst ein größerer aktiver Sensor im Allgemeinen ein größeres Sichtfeld als ein kleinerer. Horizontale und vertikale Sichtfelder sollten anhand der tatsächlichen aktiven Bildabmessungen berechnet werden, nicht nur anhand des Nennformats des Sensors.

Als nächstes definieren Sie die Szene. Notieren Sie die Montagehöhe der Kamera, die Zielentfernung, die erforderliche horizontale Abdeckung und das kleinste Objekt oder Merkmal, das erkannt werden muss. Eine weite Ansicht kann die gesamte Szene umfassen, ein Ziel jedoch zu klein für die Identifizierung lassen. Eine engere Ansicht kann die Pixeldichte auf dem Ziel verbessern, aber Aktivität in der Nähe der Ränder übersehen. Hierbei handelt es sich um einen Anwendungskompromiss und nicht um die einfache Frage, welches Objektiv den größten Winkel hat.

Überprüfen Sie bei einem Gleitsichtsystem die Bildqualität bei mehreren Brennweiteneinstellungen. Bewerten Sie bei einem Festobjektiv den tatsächlichen Installationsabstand und den Zielbereich. Beurteilen Sie in beiden Fällen die Mitten- und Kantenschärfe, Verzerrung, relative Beleuchtung, chromatische Aberration und Leistung unter der vorgesehenen Beleuchtung. Wenn die Kamera über ein Abdeckfenster verfügt, testen Sie es mit installiertem Fenster.

5. Optische und mechanische Überlegungen

Ein Varioobjektiv enthält in der Regel mehr bewegliche oder verstellbare Elemente als ein einfaches Brettobjektiv mit fester Brennweite. Das mechanische Design muss die Ausrichtung beibehalten, während der Benutzer die Einstellung ändert. Der Einstellmechanismus sollte einer unbeabsichtigten Bewegung nach der Installation standhalten und das Gehäuse muss dem Installateur ausreichenden Zugang bieten, ohne die Abdichtung oder den Schutz zu beeinträchtigen.

Ein festes Objektiv ist nicht automatisch frei von mechanischen Risiken. Fokusposition, Gewindeeingriff, Klebe- oder Verriegelungsmethode, Gehäuseabmessungen und Montagetoleranzen wirken sich alle auf die endgültige Kamera aus. Wird das Objektiv während der Produktion justiert, benötigt der Prozess ein wiederholbares Fokusziel und einen definierten Verriegelungsvorgang. Wenn es vor Ort angepasst wird, benötigt der Installateur klare Anweisungen und eine Möglichkeit, das Ergebnis zu überprüfen.

Auch die Umgebungsbedingungen spielen eine Rolle. Vibrationen, Temperaturschwankungen, Staub und Feuchtigkeit können die Kamerabaugruppe beeinträchtigen. Bewerten Sie bei Außen- oder Fahrzeuganwendungen das gesamte Modul und seine Haltemethode unter den tatsächlichen Qualifikationsbedingungen. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein Objektiv nur deshalb umweltverträglich ist, weil es in das Kameragehäuse passt.

6. Kosten, Produktion und Wartungsfreundlichkeit

Vergleichen Sie bei einer in Massenproduktion hergestellten Kamera die Gesamtsystemkosten und nicht nur den Preis der Objektiveinheit. Ein Varifokal-Design kann die Installationsbesuche reduzieren oder die Bevorratung mehrerer Festbrennweiten vermeiden. Andererseits können die Kosten für die optische Baugruppe, das Gehäuse, den Justierungsprozess und die Qualitätskontrolle steigen. Möglicherweise ist auch eine stärkere Schulung des Installateurs erforderlich.

Ein Festobjektiv kann effizient sein, wenn das Produkt standardisiert ist und die Kamera in großen Stückzahlen zusammengebaut wird. Der Hersteller kann einen wiederholbaren optischen und mechanischen Aufbau aufbauen und diesen mit definierten Tests verifizieren. Dies ist besonders nützlich, wenn der Endbenutzer den Rahmen nach der Installation nicht ändern muss.

Die Servicestrategie sollte in die Entscheidung einbezogen werden. Wenn Kameras häufig neu positioniert oder an verschiedenen Standorten wiederverwendet werden, kann die Anpassungsflexibilität von echtem Wert sein. Wenn eine Kamera in einem Produkt versiegelt ist und nie wieder berührt wird, rechtfertigt der zusätzliche Einstellbereich möglicherweise nicht die Kosten. Käufer sollten neben dem angegebenen Objektivpreis auch Installationsaufwand, Ersatzbestände, Serviceeinsätze und Produktionsausbeute berücksichtigen.

7. Eine praktische Auswahl-Checkliste

Bevor Sie ein Angebot anfordern, bereiten Sie das Sensormodell und die aktiven Bildabmessungen, das erforderliche horizontale und vertikale Sichtfeld, den Zielabstand, die Kamera-zu-Motiv-Geometrie, die minimale Objektgröße, den verfügbaren Objektivbereich und die Montageschnittstelle vor. Geben Sie an, ob die Brennweite nach der Montage einstellbar sein muss oder ob eine Fokuseinstellung während der Montage ausreichend ist.

Geben Sie für einen Gleitsichtvorschlag den erforderlichen Brennweitenbereich an und fragen Sie nach Sichtfeldwerten bei repräsentativen Einstellungen. Fordern Sie Beweise in Bildqualität für den gesamten Bereich an, anstatt sich auf ein einziges Beispielbild zu verlassen. Geben Sie bei einem Festobjektiv die genaue Zielabdeckung und Entfernung an, damit der Lieferant eine geeignete Brennweite empfehlen kann. Definieren Sie in jedem Fall Betriebstemperatur, Vibrationseinwirkung, Beleuchtungsbereich und Akzeptanzkriterien.

Eine sinnvolle Auswertung erfolgt anhand der finalen Sensor-, Gehäuse-, Schutzfenster- und Bildverarbeitungseinstellungen. Ein Objektiv, das auf einer optischen Bank geeignet aussieht, verhält sich nach der Integration möglicherweise anders, insbesondere wenn die Kamera über ein Abdeckfenster oder ein eng begrenztes mechanisches Gehäuse verfügt.

Zusammenarbeit mit Boshi-Optik

Boshi-Optikliefert Kameraobjektivprodukte für Sicherheits-, Automobil-, Drohnen- und eingebettete Bildgebungsanwendungen und unterstützt maßgeschneiderte optische Diskussionen, wenn eine Standardkonfiguration die Systemanforderungen nicht erfüllt. Für ein Projekt, bei dem feste und einstellbare Optionen verglichen werden, sind die nützlichsten Ausgangsinformationen der Sensor, das Sichtfeld, die Zielentfernung, die verfügbaren Paketabmessungen und das erwartete Produktionsvolumen.

Entdecken Sie die [Kameraobjektiv-Produktpalette von Boshi Optics](https://www.lensmanufacture.com/products/lens.html) und [kundenspezifische optische Produkte](https://www.lensmanufacture.com/customized-products). Diese Seiten bieten einen Ausgangspunkt für die Diskussion einer geeigneten Konfiguration; Die endgültige Auswahl sollte auf den tatsächlichen optischen und mechanischen Anforderungen der Kamera basieren.

Fazit: Wählen Sie die Anpassung, die Sie tatsächlich verwenden möchten

Ein Festbrennweitenobjektiv und ein Gleitsichtobjektiv lösen unterschiedliche Probleme. Für ein reproduzierbares Kameradesign mit bekannter Geometrie und Großserienproduktion ist die feste Brennweite oft die bessere Wahl. Die Vario-Einstellung ist nützlich, wenn der Rahmen vor Ort angepasst werden muss oder wenn die Einsatzbedingungen variieren. Die beste Entscheidung wird getroffen, indem man zunächst das erforderliche Bild definiert und dann die optische Leistung, die Mechanik, den Installationsablauf und die Gesamtsystemkosten prüft.

Wenn die Brennweite nach der Installation nicht geändert werden muss, kann ein festes Design einfacher und wirtschaftlicher sein. Wenn die Unsicherheit des Bildausschnitts ein echtes Projektrisiko darstellt, kann ein Gleitsichtobjektiv Zeit sparen und die Einsatzflexibilität verbessern. Validieren Sie in jedem Fall die komplette Kamera, anstatt nur eine Brennweitenbezeichnung auszuwählen.