Defokussierung

Defokus ist der axiale Abstand zwischen dem Punkt, in dem sich Licht konzentriert (dem Fokuspunkt), und dem Ort, an dem das Bild tatsächlich entstehen soll, sei es ein Kamerasensor, fotografischer Film oder ein zu prüfendes Werkstück. Positiver Defokus tritt auf, wenn der Fokuspunkt vor der Bildebene liegt; negativer Defokus, wenn er dahinter liegt. Die Größe wird in Millimetern oder Mikrometern gemessen, und schon kleine Abweichungen beeinträchtigen die Bildschärfe und den Kontrast.

In Bildverarbeitungssystemen ist Defokus oft die größte Einzelquelle für Messfehler und Fehlausschuss. Ein Defokus von 50 Mikrometern bei 10facher Vergrößerung kann die scheinbare Kantenlage eines Merkmals um mehrere Mikrometer verschieben, genug um Teile auszuschießen, die eigentlich im Toleranzbereich liegen. In der Lithografie führt schon ein Defokus von 0,1 Mikrometern zu einer Verschlechterung der Strukturübertragung. Der Zusammenhang zwischen Defokusdistanz und Bildunschärfe ist nicht linear; er hängt von der numerischen Apertur der Linse, der Lichtwellenlänge und dem zulässigen Unschärfekreis für die Anwendung ab.

Ursachen und Kompensation

Defokus entsteht durch thermische Ausdehnung optischer Baugruppen, Spiel in Fokussiermechanismen, Neigung von Werkstückoberflächen, Änderungen des Brechungsindex optischer Medien oder einfach durch fehlerhafte manuelle Fokussierung. In der Produktion sammelt sich Defokus über eine Schicht an, wenn Teile mit unterschiedlicher Dicke gestapelt werden oder wenn die Maschinentemperatur driftet. Autofokus-Systeme, die den Defokus messen und einen Linsenmotor steuern um ihn auszuregeln, sind in kritischen Anwendungen Standard geworden; sie nutzen üblicherweise Kontrastdetektion oder Phasendetektion um die Richtung und Größe des Defokus in Echtzeit zu bestimmen.

Der Begriff stammt aus der Optikgeometrie: das Präfix de bedeutet weg oder Umkehrung, und focus kommt vom lateinischen Wort für Feuerstelle oder Konzentrationspunkt. Anders als einfach unscharfer Fokus, der qualitativ ist, ist Defokus messbar und quantifizierbar, weshalb es in technischen Arbeiten der bevorzugte Begriff ist, wenn Fokusabweichungen innerhalb eines Toleranzbandes angegeben oder korrigiert werden müssen.