-
Die Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung zum Verschwenken eines darin konzentrisch angeordneten Objektives, um zwei zueinander senkrechte sich in der optischen Achse des Objektivs in einem Achsenschnittpunkt kreuzenden Schwenkachsen, wobei das Objektiv in einem Objektivhalter gehaltert ist und dieser in Lager in zwei Freiheitsgraden einer Kugeloberfläche schwenkbar gelagert ist und diese Lager an einem feststehenden Halterahmen angeordnet sind, an dem zwei Schwenkstellmittel mit Stellachsen gehalten sind, von denen jeweils das eine mit einem ersten und einem zweiten meridian diametralen Lager und das andere mit einem ersten und einem zweiten äquatorial diametralen Lager des Objektivhalters antriebsmäßig verbunden sind und wobei die äquatorial diametralen Lager einen Ausgleichsfreiheitsgrad aufweisen
-
Eine derartige Schwenkvorrichtung ist aus der
WO 98/47034 bekannt. Die relativ großen, dünnen Zahnringe und gezahnten Segmente, die als Verschwenk-Stellmittel benutzt werden, sind sehr aufwendig in der Herstellung, da eine hohe Präzision und gute Gleiteigenschaft gefordert ist.
-
Weiterhin ist eine Schwenkvorrichtung aus der
US 5,502,598 A bekannt. Der kugelförmige Objektivhalter ist auf seiner Kugeloberfläche gelagert. Er weist einen meridian gerichteten Zahnsegmentantrieb und einen orthogonal dazu liegenden äquatorialen Zahnsegmentantrieb auf, dessen Zahnsegment sich auf einem Kugelabschnitt befindet, der um die Achse des äquatorialen Antriebes verschwenkbar ist und dessen Schwenkachse in einer in einer meridianen Ebene gelegenen Nut im Kugelabschnitt verschieblich ist. Das Antriebsritzel kann konisch komplementär zum Zahnsegment ausgebildet sein, und die Zahnradachse ist in einer äquatorialen Nut auf dem Kugelabschnitt geführt. Das Antriebsmoment des Zahnrades am Zahnsegment führt jeweils abhängig von seiner Richtung zu einem Auswandern des Kugelabschnittes in der Nut, so dass keine eindeutige Beziehung der meridianen und äquatorialen Objektiverschwenkung zu den Einstelldrehungen der beiden Antriebe besteht, was dem Zweck einer Objektverfolgung genügt aber für eine gezielte Kameraobjektiveinstellung unzureichend ist.
-
Weiterhin ist aus der
DE 296 09 096 U1 eine Kameraeinstellvorrichtung bekannt, bei der am Fuß eines Objektivrahmens eine zylindrische Lagerung zur Verschwenkung des Rahmens um eine Achse, die die Objektivachse kreuzt, vorgesehen ist und auf dem gelagerten Zylinderabschnitt eine Schwenklagerung um eine vertikale Achse vorgesehen ist, die sich mit der anderen Schwenkachse in der optischen Achse schneidet.
-
Die Patentanmeldung
US 4 088 396 A zeigt eine Schwenkvorrichtung für ein Objektiv, das in einem um den Objektivmittelpunkt beweglichen Halter in einer konischen Aufnahme mittels zweier, diagonal zur Objektivlinse angeordneter Federn kraftschlüssig gehalten ist. Die Schwenkvorrichtung ist mittels zweier Stellschrauben, die beidseitig um jeweils 45° zu der Verbindungslinie der beiden genannten Halterstützpunkte, die im Bereich der beiden Federn liegen, versetzt angeordnet sind, jeweils in einer Dreipunktabstützung um die genannten Halterstützpunkte bzw. die beiden Stellschraubenstützpunkte in zwei gekreuzten Achsen unabhängig voneinander verschwenkbar. Diese Schwenkvorrichtung ist als Justiervorrichtung zur Anordnung in einem optischen Strahlengang vorgesehen und nur zum Ausgleich geringer Schwenkwinkel geeignet, da durch die Veränderung der Einstellung der Stellschrauben das Objektivaxial verschoben wird, was für eine Photoobjektiveinstellung ungenügend und abträglich wäre.
-
Weiterhin ist aus der
DE 296 21 871 U1 ein ebener selbstzentrierender Halter für optische rechteckige Elemente bekannt, bei dem jede Rechteckseite des Elements von einer Klemmbacke gehaltert ist und sämtliche Klemmbacken mit einem doppelten, diagonal sich kreuzenden, insgesamt über Umlenkrollen geführten, durchgehenden Seilzug verbunden sind. Damit sind die Klemmbacken symmetrisch und kreuzweise korreliert verschieblich.
-
Wegen des großen Abstandes der Schwenklager von der optischen Achse ist der an die Objektivstandarte anschließende Balgen bei starken Ausschwenkungen derselben häufig störend für den Strahlengang, und außerdem ist der Balgen mechanisch stark belastet durch eine dabei auftretende Einknickung. Dies zu vermeiden erfordert in vielen Fallen eine neue Verstellung der gesamten Kameraeinrichtung. Diese Probleme sind beim Einsatz von Weitwinkelobjektiven besonders gravierend.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs bezeichnete Verschwenkvorrichtung, bei der der Halter, die daran befindlichen Bedienelemente zur Einstellung der Verschwenkung und der Balgen feststehend sind und im wesentlichen nur das Objektiv darin verschwenkt wird, in der Herstellung zu vereinfachen und in der Zuverlässigkeit zu verbessern.
-
Die Lösung ist dadurch gegeben, dass der Ausgleichsfreiheitsgrad der äquatorialen Lager durch eine Verschwenkbarkeit jeweils in einem halterahmenseitigen Lagerelement oder durch eine Verschieblichkeit in einer jeweiligen äquitorialen Ebene am Objektivhalter gegeben ist und dass die Schwenkstellmittel jeweils einen Seilantrieb mit drei Seilabschnitten umfassen, deren jeweils erster Seilabschnitt jeweils von einem Seilwickel zu dem jeweils ersten der Lager und der jeweils zweite Seilabschnitt von dem ersten Lager jeweils zu dem diametral genüberliegenden zweiten Lager und der jeweils dritte Seilabschnitt von diesem zurück zu einem jeweils zweiten Seilwickel der zugehörigen Stellachsabschnitte der Stellachsen geführt sind und dass sich jeweils die beiden Seilabschnitte, die jeweils an einem der Lager angreifen, dort auf dessen zugehöriger Schwenkachse in einem Verschwenkbereich eines Lagerschildes treffen und an den Lagerschilden jeweils zugeordnet am einen und am anderen Ende einer meridianen Führungsnut festgelegt sind, in die jeweils eine zugehörige Führungsumlenkrolle führend eingreift.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Jeder Seilzug ist zumindest mit einem Seilspanner versehen, und die Seilzüge sind um den kugelabschnittförmigen Objektivhalter, in den die Lagerschilde eingefügt sind, mittels Umlenkrollen so herumgeführt, dass sie jeweils annähernd tangential in den Führungsnuten der Lagerschilde auftreffen.
-
Die beiden Seilzüge sind übereinander oder einander kreuzend in der Höhenlage über dem Halterahmen angeordnet. Die oberen und unteren Umlenkrollen sind jeweils auf gemeinsamen Achsen montiert, wobei je zwei der Umlenkrollenpaare in einem Eckbereich des Halterahmens montiert sind und zwischen den unteren Rollen eine weitere Rolle montiert ist, von denen pro Seilzug mindestens eine mit einer Seilspannfeder belastet ist oder mit einer Seilspannvorrichtung versehen ist.
-
Die Führungsumlenkrollen sind jeweils in einer Baugruppe mit zwei zugehörigen schräg angestellten Umlenkrollen, sogenannte Nivellierrollen, zusammengefasst und in einem Lagerbock gehalten. Die Achsen der meridianen Führungsumlenkrollen sind am Halterahmen festgelegt, und in einer bevorzugten Ausführung sind zur Gewährung eines Ausgleichsfreiheitsgrades die Achsen der äquatorialen Führungsumlenkrollen am Halterahmen um die Äquatorialachse A-A verschwenkbar gelagert. Die Lagerelemente sind jeweils durch eine Führungsnase in der Führungsnut des Lagerschildes gegen dieses verdrehgesichert.
-
In einer alternativen Ausführung sind die Ausgleichsbewegungen je durch eine Verschiebeführung der Lagerschilde in meridianer Richtung am Objektivhalter gewährt.
-
Bei der Verdrehung der Achse des zugehörigen Schwenkmittels, zieht das eine Seilende, das aufgewickelt wird, an dem angeschlossenen Lagerschildende, wodurch der am anderen Lagerschildende befindliche zweite Seilabschnitt mitgezogen wird, der an dem Lagerschildende des gegenüberliegenden Lagerschildes befestigt ist und dieses in umgekehrter Richtung auslenkt, wodurch der daran an dessen anderen Lagerschildende befindliche dritte Seilabschnitt mitgezogen wird, der vom anderen Seilwickel jeweils durch das Verdrehen der Stellachse nachgelassen wird. Bei Drehung in der umgekehrten Richtung sind die Bewegungen umgekehrt.
-
Da die Lagerschilde in den kugelabschnittförmigen Objektivhalter eingesetzt sind, wird dieser mit deren durch den Seilzug bewirkten Verstellung in die eine oder andere Richtung verschwenkt. Die Verschwenkung erfolgt in den äquatorialen Lagern relativ zum Halterahmen und in den meridianen Lagern zwischen den Lagerschilden und dem Objektivhalter.
-
Die gesamte Anordnung der Stellelemente und Lager ist mit einem Deckrahmen leicht zu öffnen zusammengehalten.
-
Die Baugruppen und Rollen sind Wiederholteile. Die Seile sind wegen der jeweils beiden auf der Schwenkachse liegenden Kreuzungsstellen in ihrer Länge unverändert, wenn die gekreuzte
-
Achse verschwenkt wird. Die Bewegungen der beiden Achsen sind somit unabhängig und eindeutig der Einstellung an der jeweiligen Stellachse zugeordnet.
-
Da jeweils zwei Seilenden an einem Lager angreifen, sind alle Lager frei von Querkräften. Der Objektivhalter ”schwebt” in den Seilen, die sich jeweils in den Achsen treffen.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den 1 bis 7 gezeigt.
-
1 zeigt eine Perspektivansicht bei angehobener Frontabdeckung;
-
2 zeigt den Objektivhalter in Explosionsdarstellung;
-
3 zeigt den Halterahmen mit den Stell- und Lagerelementen;
-
4 zeigt ein Lager in Explosionsdarstellung;
-
5 zeigt die Montage des Objektivhalters;
-
6 zeigt das Einschließen des Objektivhalters;
-
7 zeigt die Balgenanschlussseite der Schwenkvorrichtung.
-
1 zeigt eine perspektivische Frontansicht der Schwenkvorrichtung 1 bei angehobener Frontabdeckung 10. Im Rückseitengehäuse 11 ist ein Halterahmen 17 gehalten, in dem der ringförmige Objektivhalter 53 mit seiner Kugeloberfläche um zwei Achsen verschwenkbar gelagert ist. Zwei der mit ihren Achsen senkrecht zueinander stehenden Lagerschilde 33, 34 ragen mit einem kleinen Abschnitt sichtbar aus der frontseitigen Kugelschalenlagerhälfte 54B heraus. Die Lagerschilde 33, 34 haben eine gemeinsame Oberfläche mit dem Objektivhalter 53 und sind in diesen eingelagert.
-
Auf dem Kugelschalenlager 54B ist eine Schaltplatine 12 angeordnet, die Mess- und Steuerbauelemente trägt.
-
Seitlich ragen aus dem Gehäuse 10, 11 Schwenkstellachsen 20, 21 heraus, durch die Schwenkstellmittel betätigt werden, die das Verschwenken des Objektivhalters 53 bewirken.
-
2 zeigt den Objektivhalter 53, in den ein Wechselobjektiv einsetzbar ist, das mit einem Sprengring 56 axial gehalten wird, der mit federbelasteten Bolzen 58 lösbar gesichert ist.
-
Die vier Lagerschilde 31–34 bilden kreisrunde Ausschnitte des Objektivhalters 53. Zwei gegenüberliegende der Lagerschilde 31, 33 sind mit Aufnahmekufen 74, 75 so im Objektivhalter 53 orientiert gehalten, dass deren äußere Führungsnuten 35, 37 senkrecht zu einer Mittelebene des Objektivhalters 53 orientiert sind. Die anderen beiden Lagerschilde 32, 34 sind drehbar frei in den Objektivhalter 53 eingelagert.
-
Die Mittelachsen A-A, M-M der gegenüberliegenden Lagerschilde 31, 33; 32, 34 kreuzen sich in der optischen Achse des einzusetzenden Objektivs.
-
3 zeigt den Halterahmen mit den Stellmitteln, die die Lagerschilde 31–34 verschwenken. Es sind für beide Schwenkungen um die Achsen A-A, M-M im Prinzip gleichartige Seilzuganordnungen vorhanden. Die Stellachsen 20, 21 sind beispielsweise koaxial unten oder oben orientiert angeordnet, so dass die eine Schwenkachse A-A als äquatorial zu betrachten ist und die andere Achse M-M in einer Meridianebene durch die Pole läuft.
-
Die Stellachsen 20, 21 weisen jeweils zwei Seilwickel 22A, 22B; 23A, 23B auf, die jeweils auf- bzw. abzuwickeln sind, und so abgeführt sind, dass die Gesamtseillänge konstant ist. Die Seilenden laufen tangential ab und sind über Rollen 20 weitergeführt, so dass nur eine vernachlässigbare Längenänderung des Seils beim Verdrehen der Achsen 20, 21 auftritt.
-
In den Eckbereichen des Halterahmens ist jeweils eine Anordnung von zwei Doppelrollenhaltern und einer unteren versetzten Spannrolle 65. Die koaxialen Doppelrollen 61, 61; 63,64 halten die beiden Seilsysteme in verschiedenen Ebenen auseinander; jedoch wechseln die Seile jeweils auf der langen Distanz von Ecke zu Ecke ihre Ebene. Mindestens eine der Spannrollen 65 pro Seilzug ist mit einer Spannfeder belastet, so dass Toleranzen, die durch Temperaturänderungen oder Alterung auftreten, abgefangen werden.
-
Die beiden Seilzüge bestehen jeweils aus drei Abschnitten 20A–20C; 21A–21C. Der erste Abschnitt 20A, 21A beginnt am ersten Seilwickel 22A, 23A und führt zu einem ersten Lagerschild 31, 32, wo er am oberen Ende der Führungsnut 35, 36 endet. Vom unteren Führungsnutende läuft der zweite Seilabschnitt 20B, 21B zum jeweils gegenüberliegenden Lagerschild 33, 34 wo er am unteren Führungsnutende festgelegt ist. Vom oberen Ende dieser Führungsnut 37, 38 läuft der dritte Seilabschnitt 20C, 21C zum zweiten Seilwickel 22B, 23B auf den Stellachsabschnitt 22C, 23.
-
Vor dem Lagerschild 31–34 ist jeweils eine Führungsumlenkrolle 39 gelagert, die mit ihren Flanken in der Führungsnut 35–38 geführt ist. Die beiden in der Führungsnut jeweils fixierten Seilenden überschneiden sich dort und laufen in der Nut der Umlenkrolle 39 je um über 90 und von dort auf zwei umfangsmäßig tangential fluchtende Nivellierrollen 39A, 39B, die so geneigt gestellt sind, dass die beiden Seilenden etwa fluchtend ein- und auslaufen. Auf diese Weise überschneiden sich die an- und ablaufenden Seilenden jeweils vor und hinter der Führungsumlenkrolle 39 etwa auf der jeweiligen Schwenkachse A-A, M-M, die das Lager durchsetzt.
-
Es sind zwei Lagerarten vorgesehen, von denen die eine die meridianen Lager 15 sind, bei denen die Schwenkung des Objektivhalters um die Schilde 31, 33 erfolgt und die Achse 41 der Führungsrolle 39 am Halterahmen 17 drehbar gelagert ist.
-
Die andere Lagerart erlaubt eine Schwenkung des Objektivhalters um die Äquatorialachse A-A, indem die Führungsumlenkrolle 39 in einem äquatorialem Lager 40 mitschwenkt.
-
Durch die zwei Lagerarten auf den beiden Achsen A-A, M-M erhält der Objektivhalter die Freiheitsgrade F, die er für die unabhängigen Verschwenkungen benötigt.
-
Die vier Umlenkbaugruppen 39, 39A, 39B mit dem äquatorialen Lager 40 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut, wie 4 in einer Explosionsdarstellung zeigt.
-
In den beiden Lagerböcken 43 sind die Nivellierrollen 39A, 39B auf Achsen 42 in Rillen gerastet geneigt montiert. An den beiden Lagerböcken 43 befinden sich komplementär je eine Lagerhalbschale 40A, 40B, in denen Innenlagerhälften 40C, 40D gelagert sind. Die Lagerschalen 40A–40C haben transversale Bohrungen, in denen die Führungsumlenkrolle 39 auf der Achse 41 drehbar gelagert sind. In den meridianen Lager 15, 3, sind die Achsen 41 jeweils durch überlange Achsenden 41E an der Achse 41 am Verschwenken in die äußeren Lagerschalen 40A, 40B gehindert.
-
Die Innenlagerhälfte 40C weist eine Führungsnase 44 auf, die außer der Führungsumlenkrolle 39 in die Führungsnut des Lagerschildes eingreift.
-
Die beiden Baugruppen der verschiedenen Schwenkachsen A-A, M-M unterscheiden sich also konstruktiv nur durch die Art der Achse 41.
-
5 zeigt die Montage des Objektivhalters 53 mit den Lagern 15, 40 auf dem Halterahmen 17. Der Objektivhalter 53 ist in diesen Lagern gehalten, und die Kugeloberfläche 16 sowie die komplementären Kugelmantelabschnitte 16A weisen nur eine lose Passung auf und sind keine Lagerelemente.
-
6 zeigt den Objektivhalter 53 bereits in dem Halterahmen 17 eingebaut und die Montageschrauben 18 dazu sowie zur Montage des frontseitigen Kugelmantelabschnittes 16B.
-
Im Bild im vorderen Eckbereich des Halterahmens 17 sieht man einen Riemenspanner mit der Spannrolle 65, die von der Spannfeder 66 über Winkelhebel 67 beaufschlagt ist, deren Vorspannung mit einer Justierschraube 68 einstellbar ist.
-
Diagonal gegenüber liegt ein weiterer Seilspanner gleicher Bauart für das zweite Seilsystem. Die anderen Rollenbaugruppen in den zwei werteren Eckbereichen sind nur mit der Justageschraube ohne Feder zusammengesetzt.
-
Die Verschwenkung durch die Seilzüge erbringt dem Gestalter große Freiheit in der Anordnung der Stellachsen 20, 21, die in beliebige Richtung gelegt werden können. Es lassen sich Drehknöpfe und/oder Stellmotoren daran anschließen.
-
Für die Kontrolle oder Regelung der Einstellung sind Positionsgeber in Form von magnetosensorischen Nullstellungsgebern im Bereich der Lagerschilde und Inkrementalwinkelgebern 70, 71 an den Stellachsen 20, 21 vorgesehen.
-
Die alternative Ausbildung des Freiheitsgrades für die Ausgleichsbewegung ist strichpunktiert auf dem Objektivhalter 53 beim äquatorialen Lagerschild 34 dargestellt, das in einer Führungsausnehmung 73 ebenso wie das diametrale Lager entsprechend auf dem Umfang des Objektivhalters 53 außer verdrehbar auch um einen Freiheitsgrad F1 verschieblich ist. Drehlager sind dann halterahmenseitig nicht vorhanden, so dass diese Baugruppen vereinfacht sind.
-
7 zeigt die Rückseite der Schwenkvorrichtung 1 mit dem Anschlussprofil für den Balgen, dessen Rand mit Exzenterhebeln leicht lösbar festzulegen ist.
-
Die Lagerböcke sind wie zuvor beschrieben, Wiederholteile, sie sind jedoch diametral gegenüberliegend spiegelbildlich bezüglich der Seilführung ausgebildet. Wechselt man diese nun, ändert sich die Bewegungsrichtung des Objektivhalters zur Drehrichtung der Stellachse.
-
Im Beispiel ist jeweils eine Spannfeder pro Seilzug vorgesehen und ein Justagebock ohne Spannfeder. Dies ermöglicht eine Zentrierung der Lage des Objektivhalters in fester Relation zur Halteplatte mit der Starrheit des Seils in Zugrichtung zum Lagerbock einerseits und der Nachgiebigkeit der Feder andererseits in Bezug auf die Stellachse. Werden zwei Federn pro Seilzug eingesetzt, ist eine größere Flexibilität der Lage des Objektivhalters bei Einwirkung einer äußeren Kraft gegeben.
-
Diese bietet einen Schutz gegen ein Reißen des Seiles, jedoch empfiehlt es sich dann progressiv wirkende Federn und/oder Melder an den Federlagern anzubringen, die eine unzulässige Grenzauslenkung signalisieren. Die Grenzsignale der Melder werden auf die Schaltplatine geführt, die auf der Halteplatte mit einem Anschlussstecker montiert ist.
-
Auch zum Objektiv hin ist ein Steckeranschluss am Objektivhalter vorgesehen, so dass Kenndaten des Objektivs, die an ihm elektronisch lesbar gespeichert oder ablesbar sind an die Elektronik auf der Schaltplatine weitergegeben werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- A-A; M-M
- Schwenkachsen
- 1
- Schwenkvorrichtung
- 10
- Frontalabdeckung
- 11
- Rückseitengehäuse
- 12
- Schaltplatine
- 15
- meridiane Lager zu M-M
- 16
- Kugeloberfläche
- 16A, 16B
- Kugelmantelabschnitte
- 17
- Halterahmen
- 18
- Schrauben
- 20, 21
- Stellachsen
- 20A–20C
- 3 Seilabschnitte
- 21A–21C
- 3 Seilabschnitte
- 22A, 23A
- 1. Seilwickel
- 22B, 23B
- 2. Seilwickel
- 22C, 23C
- Stellachsabschnitte
- 31–34
- Lagerschilde
- 35–38
- Führungsnut
- 39
- Führungsumlenkrolle
- 39A, 39B
- Nivellierrollen
- 40
- äquatoriale Lager zu A-A
- 40A, 40B
- Lagerschalen
- 40C, 40D
- Innenlagerhälften
- 41
- Achse zu 39
- 41E
- Achsendabschnitte
- 42
- Achsen zu 39A, 39B
- 43
- Lagerböcke
- 44
- Führungsnase
- 53
- Objektivhalter
- 54A, B
- Kugelschalenlager
- 56
- Sprengring
- 58
- Sicherungsbolzen
- 60
- Umlenkrollen
- 61–64
- Umlenkrollen
- 65
- Spannrolle
- 66
- Spannfeder
- 67
- Winkelhebel
- 68
- Justierschraube
- 70, 71
- Incrementalwinkelgeber
- 72
- Exzenterhebel
- 73
- Führungsausnehmung
- 74, 75
- Aufnahmekufen
- F
- Ausgleichsfreiheitsgrad rotatorisch
- F1
- Ausgleichsfreiheitsgrad verschieblich
