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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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STAND DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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Aus der
DE 195 34 231 C2 ist ein Kamerasystem bekannt, das die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Dieses Kamerasystem umfasst ein Grundelement mit einer Anschlussstelle zur Aufnahme eines Objektivs an seiner Vorderseite und einer Anschlussstelle zur Befestigung eines Scheimpflugadapters an seiner Rückseite. Der Scheimpflugadapter ist an seiner Anschlussstelle in zwei um die durch den Objektivanschluss vorgegebene optische Achse um 90° gegeneinander verdrehte Positionen verdrehbar. Bei dieser Verdrehung werden die Schwenkachse und ein Kameraanschluss des Scheimpflugadapters gegenüber dem Grundelement um die durch den Objektivanschluss vorgegebene optische Achse verdreht.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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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.
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LÖSUNG
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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.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt die Anordnung einer Objektebene, eine Objektivhauptebene und einer Bildebene unter Einhaltung des Scheimpflugkriteriums; und
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2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des neuen Scheimpflugadapters.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
