-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft einen Scheimpflugadapter zum Verbinden einer
Kamera mit einem Objektiv unter Einhaltung des Scheimpflugkriteriums
gegenüber
einer Objektebene, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1 aufweist.
-
STAND DER TECHNIK
-
Die
Aufzeichnung von Objektebenen, die nicht parallel zur Bildebene
einer Kamera liegen, führt
bei einer Kamera, deren Bildebene parallel zur Objektivhauptebene
eines der Kamera vorgeschalteten Objektivs angeordnet ist, zu Unschärfen im
Randbereich der Abbildung der Objektebene auf die Bildebene. Diese
Unschärfen
sind durch Einhaltung des Scheimpflugkriteriums minimierbar. Nach
dem Scheimpflugkriterium müssen
sich die aufzuzeichnende Objektebene, die Objektivhauptebene und
die Bildebene der Kamera auf einer gemeinsamen Schnittlinie schneiden.
Um das Scheimpflugkriterium einhalten zu können, muss also neben einer
Verkippbarkeit des Objektivs gegenüber dem Objekt auch eine Verkippbarkeit
der Kamera gegenüber
dem Objektiv gegeben sein. Eine starre Verbindung der Kamera mit
dem Objektiv ist bei variierenden Winkeln zwischen der Objektebene
und der Objektivhauptebene nicht möglich.
-
Zur
Lagerung eines Objektivs an einer Kamera, bei der die Bildebene
der Kamera gegenüber der
Objektivhauptebene des Objektivs verkippbar ist, ist ein Scheimpflugadapter
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt,
der eine Schwenkachse aufweist, um das der Objektivanschluss und
der Kameraanschluss gegeneinander verschwenkbar sind, wobei die
Schwenkachse in die Bildebene einer an dem Kameraanschluss angebrachten Kamera
fällt.
So kann die Bildebene der Kamera auf die Schnittlinie der Objektivhauptebene
eines an dem Objektivanschluss gelagerten Objektivs mit der Objektebene
ausgerichtet werden, ohne dass der interessierende Bildausschnitt
verloren geht. Dies gilt aber nur, sofern diese Schnittlinie parallel
zu der Gelenkachse verläuft.
Anderenfalls muss zunächst
die Kamera mit dem Scheimpflugadapter und dem Objektiv um die optische
Achse des Objektivs verdreht werden, bis diese Parallelität erreicht
ist. Hierdurch geht jedoch, wenn die Verdrehung nicht exakt um die
optische Achse des Objektivs erfolgt, ein zuvor gewählter Bildausschnitt
verloren. Zudem besteht die Gefahr, dass auch andere zuvor gewählte Einstellungen
des Objektivs bei der Verdrehung um seine optische Achse nicht erhalten
bleiben.
-
Aus
der
DE 10 2004
008 072 B3 ist ein Scheimpflugadapter mit einem Kugelgelenk
zwischen dem Objektivanschluss und dem Kameraanschluss bekannt.
Der Mittelpunkt des Kugelgelenks liegt in der Mitte der von dem
Kameraanschluss vorgegebenen Bildebene. Die Bildebene kann dadurch um
jede durch ihren Mittelpunkt verlaufende Schwenkachse gegenüber der
Objektivhauptebene verschwenkt werden, so dass die Erfüllung des Scheimpflugkriteriums
auch ohne eine Verdrehung des Objektivs um seine optische Achse
immer möglich
ist. Zudem ist eine Drehachse für
den Kameraanschluss ausgebildet, um einen typischerweise rechteckigen
Bildsensor der Kamera um deren optische Achse in der Bildebene verdrehen
zu können.
Auf diese Weise kann der Bildsensor beliebig gegenüber der
Objektebene ausgerichtet werden. Keine der Manipulationen dieses
bekannten Scheimpflugadapters verändert einen zuvor gewählten Bildausschnitt.
Ein gezieltes Verschwenken der Bildebene um das Kugelgelenk, um
die Bildebene zur Erfüllung
des Scheimpflugkriteriums gegenüber
einer Schnittlinie der Objektebene und der Objektivebene auszurichten,
gestaltet sich jedoch als komplex. Konkret wird hierzu das Kugelgelenk
jeweils bis auf eine von zwei orthogonal zueinander verlaufenden
Schwenkachsen blockiert und die Bildebene dann jeweils nur um diese
eine Schwenkachse verschwenkt. Solange die jeweilige Schwenkachse,
deren Verlauf durch den Scheimpflugadapter vorgegeben ist, jedoch
nicht zufällig
parallel zu der Schnittlinie der Objektebene und der Objektivhauptebene
verläuft,
erweist sich das Anwählen
des richtigen Schwenkwinkels als schwierig, zumal sich die richtige Änderung
des Schwenkwinkels nicht in Form einer eindeutigen Schärfeverbeserung
der Abbildung der Objektebene in der Bildebene widerspiegelt. Bei
beliebiger Lage der Schnittlinie der Objektivhauptebene und der
Objektebene im Raum kann so praktisch eine Vielzahl von Einstellschritten
erforderlich sein, bis das Scheimpflugkriterium zumindest annähernd erfüllt ist.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfach aufgebauten
Scheimpflugadapter aufzuzeigen, mit dem es dennoch möglich ist, die
Bildebene ohne Verlust eines gewählten
Bildausschnittes mit einer geringen Anzahl von Einstellschritten
auf eine Schnittlinie zwischen der Objektivhauptebene und der Objektebene
auszurichten.
-
LÖSUNG
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch einen Scheimpflugadapter mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
des neuen Scheimpflugadapters sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
10 beschrieben.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Bei
dem neuen Scheimpflugadapter ist ein Drehlager vorgesehen, um die
Schwenkachse mit dem Objektivanschluss und dem Kameraanschlusses
gegenüber
einem Montagesockel um die durch den Objektivanschluss vorgegebene
optische Achse verdrehen zu können.
Der neue Scheimpflugadapter weist zwar nur eine einzige Schwenkachse
zwischen dem Objektivanschluss und dem Kameraanschluss auf, um die
durch den Objektivanschluss vorgegebene optische Achse gegenüber der
durch den Kameraanschluss vorgegebenen optischen Achse abzuwinkeln,
durch das Drehlager zwischen dem Montagesockel und der Schwenkachse
kann diese Schwenkachse aber um die durch den Objektivanschluss
vorgegebenen optischen Achse beliebig ausgerichtet werden. Dabei
ist die Reihenschaltung der Drehachse mit der Schwenkachse weit
weniger aufwändig
in der mechanischen Realisierung als beispielsweise ein Kugelgelenk
zwischen dem Objektivanschluss und dem Kameraanschluss. Gleichzeitig vermeidet
das Drehlager zwischen dem Montagesockel und der Schwenkachse, dass
zur Ausrichtung der Schwenkachse um die Objektivachse die Einheit aus
Objektiv, Scheimpflugadapter und Kamera in sich verdreht werden
muss, und seine mit der optischen Achse des Objektivs zusammenfallende
Drehachse lässt
die Ausrichtung des Objektivs unverändert. So besteht weder eine
Gefahr, dass ein zuvor gewählter
Bildausschnitt verloren geht, noch dass irgendeine andere Einstellung
des Objektivs nicht erhalten bleibt. Insbesondere treten keinerlei
Probleme aufgrund einer realen, nicht vollständig mit der optischen Achse
des Objektivs zusammenfallenden Schwenkachse für die Einheit aus Objektiv, Scheimpflugadapter
und Kamera auf, die beim Verschwenken unweigerlich zu einem Verlust
des gewählten
Bildausschnitts führt.
-
In
aller Regel erlauben solche realen Drehachsen, wenn sie beispielsweise
durch einen Kugelgelenkkopf eines Stativs für die Kamera bereitgestellt werden,
auch kein Verdrehen der Einheit aus Objektiv, Scheimpflugadapter
und Kamera um einen größeren Winkel.
Bei dem neuen Scheimpflugadapter ist es aber in aller Regel problemlos,
das Drehlager zwischen dem Montagesockel und der Schwenkachse so
auszubilden, dass die Schwenkachse über mindestens 360° gegenüber dem
Montagesockel um die durch den Objektivanschluss vorgegebene optische Achse
verdrehbar ist. Auf diese Weise kann die notwendige Neigung der
Bildebene gegenüber
der Objektivhauptebene um die Schwenkachse völlig getrennt von der Parallelausrichtung
der Schwenkachse zu der Schnittlinie der Objektivhauptebene und der
Objektebene um die Drehachse eingestellt werden.
-
Das
Drehlager des neuen Scheimpflugadapters ist vorzugsweise unmittelbar
zwischen dem Objektivanschluss und dem Montagesockel vorgesehen,
wobei der Montagesockel zur Lagerung der gesamten Einheit aus Objektiv,
Scheimpflugadakter und Kamera dient. Hieraus resultiert ein besonders kompakter
Gesamtaufbau mit kurzen Überhängen. Es
versteht sich, dass das Drehlager zur Erhöhung der Lagestabilität des Objektivs
und der Kamera nach dem Ausrichten der Schwenkachse parallel zu der
Schnittlinie der Objektebene und der Objektivhauptebene blockiert
werden kann.
-
Wenn
bei dem neuen Scheinpflugadapter, was sehr bevorzugt ist, die Schwenkachse,
die durch den Objektivanschluss vorgegebene optische Achse in einer
durch den Kameraanschluss vorgegebenen Bildebene schneidet, wird
durch das Verschwenken des Kameraanschlusses gegenüber dem
Objektivanschluss um die Schwenkachse der zuvor gewählte Bildausschnitt
nicht verändert.
-
Entsprechend
ist es besonders bevorzugt, wenn die Schwenkachse, die durch den
Objektivanschluss vorgegebene optische Achse in der Mitte der Bildebene
schneidet, weil dann ein Versdrehen der Einheit aus Objektiv, Scheimpflugadapter
und Kamera um das Drehlager, d. h. die durch den Objektivanschluss
vorgegebene optische Achse, den Bildausschnitt ebenfalls unverändert lässt.
-
Die
Veränderung
der Orientierung eines Bildsensors der Kamera um die optische Achse,
die durch den Objektivanschluss vorgegeben wird, kann bei dem neuen
Scheimpflugadapter problemlos dadurch kompensiert werden, dass eine
weitere zwischen der Schwenkachse und dem Kameraanschluss ausgebildet
wird, um die der Kameraanschluss gegenüber der Schwenkachse und die
durch den Kameraanschluss vorgegebene optische Achse verdrehbar
ist. Eine solche Verdrehung führt
dann dazu, dass der Bildsensor der Kamera in der durch den Kameraanschluss
vorgegebenen Bildebene verdreht wird, wodurch sich nur die Lage
der Ecken des Bildsensors gegenüber
dem gewählten
Bildausschnitt verändert.
-
Auch
die Verdrehbarkeit des Kameraanschlusses gegenüber der Schwenkachse ist vorzugsweise über mindestens
360° gegeben,
obwohl auch hier, ebenso wie bei der Verdrehbarkeit der Schwenkachse
gegenüber
dem Montagesockel eine Verdrehbarkeit um 180° grundsätzlich ausreichend ist. Bei
einem quadratischen Bildsensor wäre
sogar eine Verdrehbarkeit des Kameraanschlusses gegenüber der Schwenkachse
von 90° grundsätzlich ausreichend.
-
Vorzugsweise
sind bei dem neuen Scheimpflugadapter alle Verdreh- und Verschwenkbarkeiten
durch elektromotorische Antriebe ansteuerbar. Diese elektromotorischen
Antriebe können beispielsweise
als Schrittmotoren ausgebildet sein, um mit ihnen bestimmte Dreh-
bzw. Schwenkstellungen anfahren zu können.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls
abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen
der Patentansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in
separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso
können in
den Patentansprüchen
aufgeführte
Merkmale für weitere
Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
und beschrieben.
-
1 zeigt
die Anordnung einer Objektebene, eine Objektivhauptebene und einer
Bildebene unter Einhaltung des Scheimpflugkriteriums; und
-
2 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau des neuen Scheimpflugadapters.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
In 1 ist
das Scheimpflugkriterium skizziert, das einzuhalten ist, um bei
einer nicht parallelen Anordnung einer Objektivhauptebene 1 gegenüber einer
Objektebene 2 zu einer möglichst scharfen Abbildung
der Objektebene 2 in einer Bildebene 3 zu kommen.
Diese maximale Schärfe
der Abbildung über
die gesamte Bildebene 3 ist dann gegeben, wenn sich die
Objektebene 2, die Objektivhauptebene 1 und die
Bildebene 3 in einer gemeinsamen Schnittlinie 4 schneiden.
Um die Bildebene 3 auf eine gegebene Schnittlinie 4 zwischen
der Objektivhauptebene 1 und der Objektebene 2 auszurichten,
ist die Bildebene 3 um eine senkrecht zur Zeichenebene
der 1 verlaufende Schwenkachse 5 verschwenkbar. Zusätzlich ist
die Schwenkachse 5 um die optische Achse 6 des
Objektivs verdrehbar, was durch einen Drehpfeil 7 angedeutet
ist. Diese Verdrehbarkeit ermöglicht
es, die Schwenkachse 5 zu jeder beliebigen Schnittlinie 4 parallel
auszurichten. Zusätzlich
muss die Bildebene 3 nur noch um die Schwenkachse 5 so verschwenkt
werden, dass auch sie durch die Schnittlinie 4 verläuft. Zusätzlich ist
die Bildebene 3 hier um eine weitere optische Achse 8 verdrehbar, bei
der es sich um die normale zu der Bildebene 3 in dem Schnittpunkt
der optischen Achse 6 mit der Schwenkachse 5 in
der Bildebene 3 handelt. Diese Verdrehbarkeit ist durch
einen weiteren Drehpfeil 9 angedeutet. Mit dieser Verdrehbarkeit
um den Drehpfeil 9 kann ein Bildsensor in der Bildebene 3 bezüglich des
Verlaufs seiner Ecken bzw. seiner Zeilen und Spalten beliebig gegenüber der
Objektebene 2 ausgerichtet werden, ohne dass die Erfüllung des Scheimpflugkriteriums
oder ein zuvor gewählter
Bildausschnitt verloren geht. Auch bereits bei der Erfüllung des
Scheimpflugkriteriums durch Verdrehen um die optische Achse 6 und
Verschwenken um die Schwenkachse 5 geht ein zuvor gewählter Bildausschnitt
nicht verloren, da die Lage der Objektivhauptebene 1 nicht
verändert
wird und sich die Schwenkachse 5 und die optische Achse 6 im
Mittelpunkt der Bildebene 3 schneiden.
-
2 skizziert
einen Scheimpflugadapter 10, um die Verschwenk- und Verdrehbarkeiten
zu realisieren, wie sie anhand von 1 erläutert wurden.
Dabei sind die einzelnen Bestandteile des Scheimpflugadapters stilisiert
wiedergegeben. Der Fachmann ist jedoch basierend auf der Darstellung und
den hier gegebenen Erläuterungen
in der Lage, einen Scheimpflugadapter mit den notwendigen Funktionalitäten zu realisieren.
Der Scheimpflugadapter 10 weist einen Montagesockel 19 auf, über den der
Scheimpflugadapter 10 an einer hier nicht dargestellten
ortsfesten Basis gelagert wird. Zwischen dem Montagesockel 19 und
allen weiteren hier angedeuteten Bestandteilen des Scheimpflugadapters
ist ein Drehlager 18 ausgebildet. Auf die Verdrehbarkeit
um das Drehlager 18 weist der Drehpfeil 7 hin.
Die Drehachse des Drehlagers 18 fällt mit der optischen Achse 6 zusammen,
die von einem Objektivanschluss 11 des Scheimpflugadapter 10 vorgegeben
wird. Über den
Objektivanschluss 11 wird ein Objektiv an dem Scheimpflugadapter 10 befestigt,
das mit seiner Objektivhauptebene bereits fest zu der Objektebene
gemäß 1 ausgerichtet
sein kann. Der Objektivanschluss 11 gibt mit der optischen
Achse 6 die Lage der dazu normal verlaufenden Objektivhauptebene des
Objektivs vor. Ein Kameraanschluss 12 des Scheimpflugadapters 10 dient
zum Anschluss einer Kamera, die als wesentlichen Bestandteil einen Bildsensor 13 aufweist.
Der Bildsensor 13 liegt in der Bildebene 3. Der
Kameraanschluss 12 gibt die optische Achse 8 der
Kamera vor, und er ist gegenüber dem
Rest des Scheimpflugadapters 10 um diese optische Achse 8 verdrehbar,
worauf der Drehpfeil 9 hinweist. Weiterhin ist der Kameraanschluss 12 mit dem
Objektivanschluss 11 über
das Drehlager 18 gegenüber
dem Montagesockel 19 um die optische Achse 6 verdrehbar.
Neben den beiden Verdrehbarkeiten um die optischen Achsen 6 und 8 stellt
der Scheimpflugadapter 10 eine Verschwenkbarkeit um die
senkrecht zu den optischen Achsen 6 und 8 verlaufende
und diese in der Mitte des Bildsensors 13 schneidende Schwenkachse 5 bereit.
Hierzu sind Teile 14 und 15, an denen der Objektivanschluss 11 einerseits
fest und der Kameraanschluss 12 andererseits um die optische
Achse 8 verdrehbar gelagert sind, gegeneinander verschwenkbar.
Der gesamte Strahlengang durch den Scheimpflugadapter 10 wird durch
eine lichtdichte Abdeckung 16 vor seitlichem Lichteintritt
geschützt.
Zum Verdrehen des Rests des Scheimpflugadapters 10 gegenüber dem
Montagesockel 19 um die optische Achse 6 ist vorzugsweise ein
hier nicht dargestellter elektromotorischer Antrieb vorgesehen,
ebenso wie zum Verdrehen des Kameraanschlusses 12 gegenüber dem
Rest des Scheimpflugadapters 10 um die optische Achse 68 und
zum Verschwenken des Kameraanschlusses 12 um die Schwenkachse 5.
Die elektromotorischen Antriebe können als Schrittmotoren ausgebildet
sein oder eine Rückkopplungsschleife
aufweisen. In jedem Fall sollten die elektromotorischen Antriebe
definierte Verschwenkungen und Verdrehungen um exakt vorgegebene
Winkel ermöglichen.
-
Ein
relevantes Einsatzgebiet von Scheimpflugadaptern ist bei der Durchführung von Messungen,
z. B. PIV-Messungen, in Windkanälen. Die
Belegungszeiten großer
Windkanäle
sind extrem teuer. Alle Maßnahmen,
die die Einstellung von Messapparaturen in Windkanälen erleichtern,
haben daher das Potential zu großen finanziellen Einsparungen
durch kürzere
Windkanalbelegungszeiten. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es,
das Scheimpflugkriterium in Bezug auf beliebige Objektebenen sehr
schnell zu erfüllen.
Sie weist in dieser Beziehung erhebliche Vorteile gegenüber dem
bisherigen Stand der Technik bei Scheimpflugadaptern auf.
-
- 1
- Objektivhauptebene
- 2
- Objektebene
- 3
- Bildebene
- 4
- Schnittlinie
- 5
- Schwenkachse
- 6
- optische
Achse
- 7
- Drehpfeil
- 8
- optische
Achse
- 9
- Drehpfeil
- 10
- Scheimpflugadapter
- 11
- Objektivanschluss
- 12
- Kameraanschluss
- 13
- Bildsensor
- 14
- Teil
- 15
- Teil
- 16
- Abdeckung
- 18
- Drehlager
- 19
- Montagesockel