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Die Erfindung betrifft eine Kamera für photogrammetrische Messungen, mit einem Kameragehäuse, mit einem Objektiv mit mindestens einer verschieblichen optischen Linse, mit einem Bildsensor, der am Kameragehäuse angebracht ist, wobei eine Bildachse durch die optische Linse und den Bildsensor verläuft und eine axiale Richtung in der Kamera bildet, mit einer Verbindungseinrichtung zur mechanischen Verbindung von Kameragehäuse und Objektiv.
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Kameras für photogrammetrische Messungen werden insbesondere im gewerblichen Bereich benötigt und eingesetzt. Sie werden als dreidimensionale optische Koordinatenmessgeräte zur Vermessung von Werkstücken, Maschinen und anderen Gegenständen eingesetzt. Derartige Messungen werden im Nahbereich bis zu einigen Dutzend Metern durchgeführt und die Kameras dafür eingesetzt. In vergangenen Jahrzehnten sind dazu spezielle Kameras für photogrammetrische Zwecke entwickelt und verwendet worden. Der damit verbundene hohe technische Aufwand und die damit verbundenen Kosten haben aber dazu geführt, dass derartige allein für diesen Zweck entwickelte Kameras meist nicht mehr wirtschaftlich sind.
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Man ist daher dazu übergegangen, handelsübliche, hochwertige Kameras hierfür zu verwenden, auch mit handelsüblichen Objektiven. Die Objektive werden mit den entsprechenden Kameragehäusen häufig mittels eines Bajonettverschlusses verbunden.
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Die Kameras weisen Bildsensoren auf, die üblicherweise mittels Digitaltechnik arbeiten und in einer Bildachse angeordnet sind. Das Objektiv weist mindestens eine Linse oder ein Linsensystem aus mehreren Linsen auf. Die optische Achse der Linse beziehungsweise des Linsensystems ist die gleiche wie die des Bildsensors. Die Linse oder das Linsensystem ist verschieblich gestaltet, um Schärfe und Bildausschnitt (Zoom) einstellen zu können. Auf diese Weise wird die Einsetzbarkeit der Kamera erhöht. Um eine derartige Konzeption für photogrammetrische Messungen nutzen zu können, ist eine gute mechanische Stabilität wünschenswert. Diese weisen jedoch die handelsüblichen, auch hochwertigen Kameras nicht auf, da sie für schnelle Objektivwechsel und leichtgängige Bedienung optimiert sind. Diese Ziele stehen einer mechanischen Stabilität jedoch entgegen.
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Auf dem Markt erhältliche Objektive für Kameras für gewerbliche Anwendungsfälle besitzen in vielen Fällen die Möglichkeit einer Schärfeneinstellung. Dies kann über ein axial bewegliches Linsenelement erreicht werden. Durch die Bewegung der Linse beziehungsweise des Linsensystems in axialer Richtung wird der Abstand zu dem Bildsensor verändert. Diese axiale Beweglichkeit wird durch einen Einstellmechanismus realisiert.
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Derartige in ihrer Lage einstellbare Objektive benötigen etwas Spiel, um leichtgängig verstellbar zu sein. Dadurch kann es leicht zu Veränderungen des Winkels des beweglichen Objektivteils relativ zu dem fest an der Kamera befindlichen Objektivteil kommen, beispielsweise aufgrund der Schwerkraft oder durch eine leichte Berührung des Benutzers während des Fotografiervorgangs. Diese Winkelveränderungen sind nachweisbar.
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Darüber hinaus kann bei herkömmlichen Verbindungen von Objektiven mit Kameragehäusen mittels Bajonettanschluss ein Rutschen und Kippen eintreten, da diese Verbindungen nicht steif sind.
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Auch die
DE 601 18 091 T2 hat für einen etwas anderen Verwendungszweck das Problem erkannt und eine Linsenhalterung vorgeschlagen, die stabiler sein soll. Der Vorschlag ist allerdings für eine komplett darauf abgestimmte und mithin gerade nicht handelsübliche Kamera gedacht und wird daher relativ kostspielig und darüber hinaus auch recht technisch kompliziert werden.
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Es besteht daher trotz der Vorschläge im Stand der Technik der Bedarf, eine vergleichsweise kostengünstige Kamera zur Verfügung zu haben, die für photogrammetrische Messungen geeignet ist und eine gegenüber den herkömmlichen Kameras verbesserte mechanische Stabilität aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Kamera vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kamera mittels der Erfindung dadurch gelöst, dass die Verbindungseinrichtung ein Element aufweist, welches mittels Druck oder Zug in axialer Richtung das Kameragehäuse und das Objektiv auseinanderdrückt oder zusammenzieht oder ein mit dem Kameragehäuse festverbundenes Teil des Objektivs und den die Linse tragenden Teil des Objektivs auseinanderdrückt oder zusammenzieht.
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Mit einer solchen Konzeption kann das Ziel verwirklicht werden.
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Die Erfindung ist sehr wirtschaftlich, weil handelsübliche Kameragehäuse mit handelsüblichen Objektiven eingesetzt werden können, die somit zu günstigeren Preisen zur Verfügung stehen, als speziell für Einzelfälle oder Kleinserien entwickelte und produzierte Kameras und/oder Objektive. Es ist somit nicht mehr erforderlich, diese speziell für photogrammetrische Zwecke zu konzipieren und zu entwickeln.
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Diese beiden herkömmlichen Elemente, also die Kamera und das Objektiv, werden nun mit einem deutlich verbesserten Mechanismus zur Stabilisierung miteinander verbunden. Eine derartige Stabilität weisen die bisher verwendeten handelsüblichen Kameras gerade nicht auf. Das bedeutet, dass mit der deutlich verbesserten mechanischen Stabilität eine Nutzung der erfindungsgemäßen Kamera als Messgerät mit einer wesentlich erhöhten Genauigkeit ermöglicht wird.
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Die Stabilität und damit auch die Genauigkeit der verwendeten Systeme wird mittels der Erfindung in einer besonders einfachen und platzsparenden Weise ermöglicht. Die Handhabbarkeit der Kamera bleibt damit unbeeinträchtigt.
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Die verbesserte Verbindungseinrichtung wird mit wenigen und darüber hinaus auch technisch sehr präzise herstellbaren Bauelementen ausgestattet, die sehr zuverlässig die Stabilisierung der Linse beziehungsweise des Linsensystems relativ zum Bildsensor ermöglichen. Mittels der zusätzlichen Bauelemente wird eine axiale Kraft entweder als Zug oder als Druck aufgebracht. Diese axiale Kraft wirkt auf der einen Seite auf das Kameragehäuse und damit automatisch natürlich auf den am Kameragehäuse festmontierten Bildsensor und auf der anderen Seite auf das Objektiv beziehungsweise ein Teilelement dieses Objektivs, etwa eine nach außen vorspringende Rippe. Durch diese Wirkung auf das Objektiv wird auch die Linse mitstabilisiert. Das verschiebliche Linsensystem beziehungsweise in einer alternativen Ausführungsform das Objektiv mit einer Rippe oder einem vorspringenden Absatz kann sich am Kameragehäuse durch eine Schraube abstützen, wobei die durch die Schraube aufgebrachte Kraft präzise und feinfühlig einstellbar ist.
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Zu bedenken ist, dass auf eine zu photogrammetrischen Zwecken eingesetzte Kamera verschiedenen Kräften ausgesetzt ist, unter anderem der Erdanziehungskraft, wobei diese Kräfte zu Kippbewegungen und auch Verschiebebewegungen im Inneren des Kameragehäuses mit den Linsen führen. Durch das Aufbringen einer axialen Kraft kann diese Bewegung exakt gestoppt beziehungsweise reduziert werden.
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Neben der axialen Kraft kann als zusätzliche Möglichkeit vorgesehen werden, dass die Verbindungseinrichtung ein weiteres Element aufweist, welches Druck in radialer Richtung auf das Objektiv ausübt.
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Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Kameragehäuse und das Objektiv mittels eines Bajonettverschlusses mit zwei aufeinanderliegenden Bajonettflächen und einer Feder miteinander verbunden sind, wobei die Feder als Teil der Verbindungseinrichtung so vorgespannt ist, dass sie einen Anpressdruck der beiden Bajonettflächen aufeinander ausübt, der hinreichend hoch ist, um ein Verrutschen der Bajonettflächen zueinander oder ein Abheben der Bajonettflächen voneinander aufgrund der Schwerkraft und/oder der durch Beschleunigungen verursachte Massekräfte am Objektiv während der photogrammetrischen Messung zu verhindern.
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Die konkreten Werte für eine Vorspannung können dabei entweder durch Berechnung der möglicherweise auftretenden Kräfte und/oder darüber hinaus oder alternativ auch durch entsprechende Versuche ermittelt werden.
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In der Praxis hat sich eine Ausführungsform besonders bewährt, bei der das Objektiv in sich zusammengedrückt und als Ganzes vom Kameragehäuse mittels einer Schraube weggedrückt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im Folgenden werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kamera für photogrammetrische Zwecke mit einer Andeutung einer ersten Fehlerquelle;
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2 eine schematische Darstellung einer Kamera für photogrammetrische Zwecke mit einer Andeutung einer zweiten Fehlerquelle;
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3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung in schematischer Darstellung;
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4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung in schematischer Darstellung;
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5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung in schematischer Darstellung;
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6 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung in schematischer Darstellung und
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7 eine schematische Darstellung einer zusätzlichen, mit den vorstehenden Ausführungsformen kombinierbaren Einrichtung.
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In der 1 ist ein Kameragehäuse 10 mit einem am Kameragehäuse 10 festangeordneten Bildsensor 11 rein schematisch dargestellt. Man sieht auch nur einen kleinen Ausschnitt des Kameragehäuses 10 oberhalb einer optischen Bildachse 12.
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Das Kameragehäuse 10 ist mit einem Objektiv 20 verbunden, welches insbesondere eine Linse 21 aufweist. Auch das Objektiv 20 und die Linse 21 sind nur schematisch zum Verständnis dargestellt; so kann anstelle einer Linse 21 auch ein Linsensystem eingesetzt werden. Durch die Linse 21 verläuft auch die Bildachse 12. Die zum Objektiv 20 gehörenden Elemente sind in der 1 schematisch mit einer geschweiften Klammer angedeutet.
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Die Linse 21 ist in einem verschieblichen Linsenelement 22 angeordnet und besitzt auf diese Weise die Möglichkeit der Schärfeneinstellung. Hierfür ist ein Einstellring 23 vorgesehen, der über eine Kopplung bei einer Drehung eine Verschiebung des verschieblichen Linsenelements 22 in axialer Richtung, also parallel zur Bildachse 12, herbeiführt.
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Das Objektiv 20 besitzt darüber hinaus einen Objektivkörper 25. Der Objektivkörper 25 greift mittels einer Verbindungseinrichtung 30 am Kameragehäuse 10 an und ist mit diesem verbunden und gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung ist in der 2 mit einer geschweiften Klammer angedeutet und kann aus mehreren Teilen bestehen.
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Die Verbindungseinrichtung 30 besitzt darüber hinaus ein Bajonett mit einem Bajonettverschluss 31 mit zwei Bajonettflächen und eine Feder 32 zum Herbeiführen der Verbindung.
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Alle Elemente sind in der 1 nur im Schnitt dargestellt; so ist der Objektivkörper 25 ebenso wie das Kameragehäuse 10 und der Einstellring 23 jeweils rotationssymmetrisch oder teilweise rotationssymmetrisch um die Bildachse 12 zu denken.
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Eingezeichnet in der 1 sind nun zusätzliche dünne Linien, die angeben, dass die Bajonettanbindung der Verbindungseinrichtung 30 instabil ist und leicht ein Verrutschen oder Kippen stattfinden kann. Die Anordnung aus Bajonett mit Bajonettverschluss 31 und Feder 32 unterliegt den Einflüssen der Schwerkraft, die nicht rotationssymmetrisch zur Bildachse 12 ihre Kraftwirkung entfaltet. Zu berücksichtigen ist, dass die Kamera in ihrem Gebrauchszustand in sehr unterschiedlichen Positionen stehen kann, die mithin Kräfte in unterschiedliche Richtungen entfalten können.
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In der 2 ist eine zweite Fehlerquelle eingezeichnet bei einem im Übrigen gleichen Aufbau mit Kameragehäuse 10, Bildsensor 11, Objektiv 20 mit Linse 21 und verschieblichem Linsenelement 22 sowie Objektivkörper 25.
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Man sieht in der 2 ein Verkippen, also nicht nur eine Verschiebung senkrecht zur Bildachse 12, sondern das Ausbilden eines kleinen Winkels der Ebene der Linse 21 zur Ebene des Bildsensors 11.
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Die beiden auch gleichzeitig auftreten könnenden Fehler aus den 1 und 2 werden nun mittels den Ausführungsformen aus den 3 bis 7 vermieden beziehungsweise reduziert.
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In der 3 sieht man im Grundsatz wiederum den gleichen Aufbau, das Kameragehäuse 10 mit Bildsensor 11 und Objektiv 20 mit Linse 21 und verschieblichem Linsenelement 22 sowie den Einstellring 23.
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Es ist sehr wichtig für die Wirtschaftlichkeit der Gesamtkozeption, dass mithin die wesentlichen Teile der Kamera unmodifiziert sind, denn eine Anpassung und Neuentwicklung der Linse 21 mit dem Objektiv 20 beziehungsweise des Linsensystems einerseits und der Kameragehäuse 10 mit dem Bildsensor 11 wäre außerordentlich aufwändig und mithin kostspielig. Auch der Objektivkörper 25 nutzt vorhandene Merkmale.
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Hier wird die Verbindungseinrichtung 30 mit einem Element 35 versehen, hier ein plättchenförmiges Element, das an einem Absatz oder einer Rippe 26 des Objektivkörpers 25 angreift und sich an diesem Absatz oder dieser Rippe 26 abstützt. Es sei zu beachten, dass auch dieses Element 35 rotationssymmetrisch als Ring um die Bildachse 12 umlaufen kann, dass dies aber nicht so sein muss. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist dies sogar gerade nicht der Fall.
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Durch das Element 35 in der Ausführungsform aus 3 ist eine Schraube 36 gesteckt, die achsparallel zur Bildachse 12 verläuft und sich mit dem Schraubenende an einer Fläche des Kameragehäuses 10 abstützt.
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Das Bajonett mit Bajonettverschluss 31 mit den zwei aufeinanderliegenden Bajonettflächen und der Feder 32 ist weitgehend zusammengedrückt, wenn die Schraube 36 ausgefahren wird und den Abstand des Elements 35 und damit dem vorspringenden Absatz oder der vorspringenden Rippe 26 des Objektivkörpers 25 von der Abstützfläche an dem Kameragehäuse 10 sich vergrößert.
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Man kann leicht sehen, dass hier eine erhebliche Stabilisierung durch ein axiales Wegdrücken erfolgt und mithin die Relativposition von Bildsensor 11 und Linse 21 deutlich stabilisiert wird.
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In der 4 ist eine zweite Ausführungsform für einen ähnlichen Zweck und mit ähnlicher Folge vorgesehen.
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Auch hier werden das Kameragehäuse 10 und das Objektiv 20 weitgehend unverändert gelassen, sodass die gleichen Vorteile eintreten. Hier wird lediglich die Verbindungseinrichtung 30 dadurch modifiziert, dass die Feder 32 am Bajonettverschluss 31 mit einer Vorspannung versehen wird oder durch eine Feder mit einer gezielt eingesetzten deutlich höheren Federkonstante ersetzt wird.
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Die Vorspannung beziehungsweise die Federkonstante wird jetzt so gewählt, dass das Kameragehäuse 10 und das Objektiv 20 mittels eines Bajonettverschlusses 31 mit zwei aufeinanderliegenden Bajonettflächen und einer Feder 32 miteinander verbunden sind, wobei die Feder 32 als Teil der Verbindungseinrichtung 30 so vorgespannt ist, dass sie einen Anpressdruck der beiden Bajonettflächen aufeinander ausübt, der hinreichend hoch ist, um ein Verrutschen der Bajonettflächen zueinander oder ein Abheben der Bajonettflächen voneinander aufgrund der Schwerkraft und/oder der durch Beschleunigungen verursachte Massekräfte am Objektiv 20 während der photogrammetrischen Messung zu verhindern.
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Der konkrete Wert der Vorspannung kann entweder durch Berechnung und/oder alternativ oder zusätzlich durch Versuche ermittelt werden.
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Dadurch entsteht eine erhebliche Kraft, die in axialer Richtung die eine Bajonettfläche des Bajonetts mit dem Bajonettverschluss 31 bildende Rippe 26 des Objektivkörpers 25 von innen gegen eine Innenfläche des Kameragehäuses 10 abstützt und so stabilisiert. Auch hier kann die Rippe 26 als Absatz ausgebildet sein.
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In der 5 ist eine Ausführungsform beschrieben, die insbesondere gegenüber einer Kippbewegung erhebliche Vorteile besitzt.
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Auch hier bleiben Kameragehäuse 10 und Linse 21 unverändert. Gegenüber den Ausführungsformen in den 3 und 4 tritt ein anders ausgebildetes Element 35 hinzu, welches sich im Wesentlichen axial parallel zur Bildachse 12 erstreckt und hinter einen weiteren Absatz beziehungsweise eine weitere nach oben vorspringende Rippe 26 des Objektivkörpers 25 eingreift. Diese Rippe 26 wird mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraft gegen ein weiteres Element 37 gezogen, das fest mit dem verschieblichen Linsenelement 22 verbunden ist. Auch dadurch entsteht eine zusätzliche Stabilität.
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In der 6 wird eine vierte Ausführungsform näher beschrieben. Diese ähnelt weitgehend der Ausführungsform in der 5. Dabei ist das Element 35 hier nicht mit dem Objektivkörper 25 in Eingriff, sondern direkt an einer Außenfläche des Kameragehäuses 10 angebracht. Die Zusammenwirkung mit dem weiteren Element 37 am verschieblichen Linsenelement 22 entspricht aber der in der 5.
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In der 7 schließlich ist eine Möglichkeit angedeutet, die mit den anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann. Dabei ist hier das Kameragehäuse 10 mit den weiteren Elementen sowohl oberhalb als auch unterhalb der Bildachse 12 durch die Linse 11 eingezeichnet, um den Effekt besser darstellen zu können.
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Man sieht hier ein Element 40, welches als Verrutschsicherung durch ein radiales Andrücken des Bajonetts arbeitet. Dieses Element 40 greift oben am Kameragehäuse 10 an und wird mit einer Kraft gegen den Objektivkörper 25 gezogen und stabilisiert auf diese Weise durch eine radial wirkende Kraft die Gesamtkonzeption der Kamera.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kameragehäuse
- 11
- Bildsensor
- 12
- Bildachse
- 20
- Objektiv
- 21
- Linse
- 22
- verschiebliches Linsenelement
- 23
- Einstellring für verschiebliches Linsenelement
- 25
- Objektivkörper
- 26
- vorspringende Absätze oder Rippen des Objektivkörpers
- 30
- Verbindungseinrichtung
- 31
- Bajonettverschluss
- 32
- Feder
- 35
- Element
- 36
- Schraube
- 37
- weiteres Element am Linsenelement 22
- 40
- weiteres Element für radiales Andrücken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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