Varioobjektive (auch Zoom-Objektiv oder Variozoom-Objektiv) ermöglichen die Änderung von Brennweite und Fokussierung in einer optischen Einheit. Je größer die Brennweite eingestellt wird, umso geringer werden Lichtstrom und Schärfentiefe. Sehr kostengünstig sind kleine Varioobjektive für z.B. einfache Überwachungskameras. Aber was ist von ihnen zu erwarten? Hierzu ein paar Bilder eines 5 Megapixel Varioobjektivs in der Preisklasse von ca. 50 Euro mit einem IMX477 als Bildsensor auf ein Gebäude mit 75m Entfernung, zunächst mit Brennweite 5mm, 4056 x 3040 Pixel (hier für WP 50% skaliert):
Das Bild ist nicht zugeschnitten, der beschnittene Kreis (kurze Brennweite) ist in den Ecken zu sehen. Zu sehen ist auch die Versetzung des optischen Zentrums zum Mittelpunkt des Bildsensors (der beschnittene Kreis fällt in den Ecken unterschiedlich aus). Die Helligkeit ist manuell vorgegeben, da ein großer Teil der Aufnahme Himmel ist (Gegenlicht).
Nun die Aufnahme mit 50mm Brennweite, die äußere Orientierung der Kamera ist unverändert, 4056 x 3040 Pixel (wieder für WP 50% skaliert):
Nun ein kleiner Ausschnitt dieses Bildes unskaliert, um ein Gefühl für die Auflösung der Aufnahmen zu gewinnen:
Kleine Varioobjektive werden in der Regel über D14 Halter mit dem Bildsensor verbunden. Dieser kann bei optionalen NoIR Anwendungen auch gleich einen schaltbaren IR Cut beinhalten. WICHTIG: die Höhe des Halters muss mit der optischen Konstruktion des Varioobjektives übereinstimmen! Der Hersteller des Varioobjektives gibt die Höhe des Halters vor. D14 Halter werden wie M12 Halter (S Mount) in der Regel mit zwei M2-Schrauben mit dem Bildsensor verbunden. Dieser hat dazu in der Regel zwei Bohrungen, am häufigsten mit dem Abstand 20mm, es gibt aber auch andere Abstände, daher vorher die Platine des Bildsensors prüfen und entsprechend den D14-Halter aussuchen! ACHTUNG: es gibt auch Sonderlösungen ohne diese Bohrungen, besonders bei Industriekameras, wo das Gehäuse gleichzeitig Halter ist.
Varioobjektive können eine unterschiedliche Anzahl von Steppern besitzen. Häufig sind zwei Stepper, Brennweite und Fokussierung, oder drei Stepper für zusätzlich eine Irisblende (P-Iris). Es gibt auch Modelle mit nur einem Stepper. Pseudostandard ist ein 8poliger Molex 1,25 und wenn Iris, diese zusätzlich über einen 4poliger Molex 1,25. Hier die Belegung der Konnektoren:
| PIN | Funktion |
|---|---|
| 1 | Zoom A- |
| 2 | Zoom A+ |
| 3 | Focus A- |
| 4 | Focus A+ |
| 5 | Focus B+ |
| 6 | Focus B- |
| 7 | Zoom B+ |
| 8 | Zoom B- |
| PIN | Funktion |
|---|---|
| 1 | Iris A- |
| 2 | Iris B+ |
| 3 | Iris A+ |
| 4 | Iris B- |
Die Stepper sind in der Regel sehr klein, haben eine niedrige Leistungsaufnahme, die Hersteller geben hier Spulenwiderstand, Spannung, Schrittgeschwindigkeiten Start und Lauf (Rampe!) an, sowie die Relationen zwischen Brennweite, Entfernung und Fokussierung.
Die geringe Leistungsaufnahme der Stepper ermöglicht eine Ansteuerung über kleine spezialisierte ICs wie dem Panasonic AN41908A. Weiter gibt es eine Reihe von Entwicklungsboards zur Ansteuerung, etwa von ArduCAM und Kurokesu. Ich bevorzuge Kurokesu, sowohl von technischer Seite als auch durch Offenlegung des Codes (open source) und Möglichkeit der eigenen Programmierung.
Schaltbare IR-Cuts bestehen in der Regel nur aus einer Spule und einem Kern, welche eine Filterfolie im optischen Durchgang bewegen. Es bedarf eines kurzen Impulses zum Bewegen des Filters, die Richtung wird durch die Polarität vorgegeben. Typischer Anschluss ist wieder Molex 1,25, 2polig. Zum Schalten kann eine einfache H-Brücke wie z.B. BA6208 genutzt werden, typische Impulszeiten liegen bei 100-500ms, die typische Schaltspannung liegt bei grob 5V (kann bis 12V ausfallen, immer Datenblatt konsultieren). Da es sich um einen Impuls handelt, sollte die H-Brücke gut gepuffert werden.