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Luftbild-Panoramakamera Die Erfindung betrifft eine Luftbild-Panoramakamera
mit kontinuierlich ablaufendem Film und kontinuierlich umlaufenden Spiegelmitteln.
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Es sind kinematographische Panoramakameras bekannt, bei denen der
Film kontinuierlich an einem Spalt vorbeiläuft und vor dem Spalt gleichzeitig mittels
eines rotierenden reflektierenden Gliedes und einer ebenfalls rotierenden Abbildungsoptik
ein reelles Bild eines aufzunehmenden Panoramas erzeugt und vorbeibewegt wird. Auf
diese Weise kann man ein Panorama über einen Winkelbereich von 360° erzeugen. Wenn
man aber nur einen Winkelbereich von 180° überstreichen will, dann muß man bei diesen
Kameras den Film periodisch anhalten, oder es entsteht ein unerwünschter toter Abstand
zwischen den Bildern, welcher zu unnötigem Fihnverbrauch führt.
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Für Luftbild-Panoramakameras ist aber in der Tat nur ein Winkelbereich
von 180° interessant, und dementsprechend haben bekannte Kameras dieser Art den
Nachteil, daß der Filmvorschub diskontinuierlich erfolgt. Durch die Anlauf- und
Abbremserschütterungen, die ,entstehen, wenn der Film aus der Ruhelage auf seine
normale Vorschubgeschwindigkeit beschleunigt oder von dieser wieder beim Erreichen
des Bildendes abgebremst werden muß, entstehen Vibrationen, welche die Bildgüte
und das Auflösungsvermögen verschlechtern. Das gleiche gilt für die übrigen Teile
der Kamera.
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Es ist bekannt, bei Panoramakameras mit kontinuierlich umlaufenden
Spiegelmitteln das Abwickeln des Filmes von der Abwickelspule und das Aufwickeln
auf die Aufwickelspule kontinuierlich zu bewirken, während der Film im Bereich der
Bildbühne ungleichförmig, nämlich mit Pausen, gefördert wird. Zum Ausgleich der
Bewegungsunterschiede sind zwischen der Bildbühne und den Filmspulen jeweils Schleifen
des Filmes vorgesehen, welche diese Ungleichförmigkeiten aufnehmen. Solche Schleifen
sind störend und machen die Kamera unerwünscht sperrig. Auch müssen dabei ebenfalls
die Filmtransportmittel und der Film imBereich derBildbühne angehalten und wieder
beschleunigt werden, was die geschilderten unerwünschten Folgen hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten
Luftbild-Panoramakameras zu vermeiden und eine Kamera zu schaffen, bei welcher trotz
Abtastung eines Winkels kleiner als 360° der Filmvorschub vollständig kontinuierlich
erfolgt und auch die sonstigen Teile kontinuierliche Bewegungen ausführen, ohne
daß andererseits tote Zonen auf dem Film entstehen. Das wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß ein Spiegelmittel das aufzunehmende Panorama abwechselnd in die Strahlengänge
zweier Abbildungssysteme einspiegelt.
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Die kontinuierlich umlaufenden Spiegelmittel erfassen ein Panorama
von Horizont zu Horizont unterhalb der Kamera, also einen Winkelbereich von 180°,
auf ,einem Winkelweg von 90°. Während der nächsten 90°-Drehung würden sie den Halbkreis
oberhalb der Kamera erfassen und in den gleichen Abbildungsstrahlengang einspiegeln,
weshalb der letztere während dieses Winkelweges durch einen Verschluß unterbrochen
ist. Da aber der Film währenddessen weiter kontinuierlich abläuft, wird ein zweites
Abbildungssystem vorgesehen, in welches während dieses Winkelweges der Spiegelmittel
das unterhalb der Kamera liegende Panorama eingespiegelt wird. Der kontinuierlich
ablaufende Film wird somit voll ausgenutzt.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig.1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Kamera nach der Erfindung,
und zwar senkrecht zur Flugrichtung; Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise der
Spiegelmittel; Fig. 3 A und 3 B veranschaulichen Mittel zur Erzielung einer gleichmäßigen
überdeckung aufeinanderfolgend'er Bilder;
Fig.4 zeigt schaubildlich
den Mechanismus zur Bewegung der einzelnen Teile der Kamera.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein Filmstreifen bezeichnet, welcher von einer.
Fihnabwickelspule 11. auf eine Aufwickelspule 12 gefördert wird. Hinter der Abwickelspule
läuft der Film zwischen einem Rollenpaar 13; 14 hindurch, die an die beiden Seiten
des Filmes angepreßt werden. Die Rolle 14 wird angetrieben und dient dazu; den Film
von der Abwickelspule abzuziehen. Ein geeignetes., Filmmeßsystem 15 regelt die Filmgeschwindigkeit,
so daß der Film mit einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit und unter konstantefSpannung
gefördert wird. Hinter der Einheit 15 läuft der Film, zwischen Rollen 16 und 17
hindurch, hinter einem ersten Spalt 18 entlang, um eine Ralle 19 herum, hinter einem
zweiten Spalt 21 entlang und zwischen Rollen 22 und 23 hindurch. Die Rolle 23 ist
die Filmantriebsrolle, welche zusammen mit der Rolle 22 den Film an den Spalten
vorbeifördert.
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Der Film wird dann von einer Filmmeßvorrichtung 24 aufgenommen und
der Aufwickelspule 12 zugeführt. Die Filmmeß- und Regelvorrichtungen 15 und 24 können
jede geeignete Form haben, und da die Einzelheiten derselben keinen Teil der vorliegenden
Erfindung bilden, sind sie hier in Blockform dargestellt. Es braucht nur erwähnt
zu werden, daß sie dazu dienen, einen kontinuierlichen und gleichförmigen Filmvorschub
sicherzustellen.
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Das Abtastprisma 25 ist auf einerWelle 26 gelagert, welche mit gleichförmiger
Geschwindigkeit angetrieben wird. Das kann über ein geeignetes Getriebe von dem
Filmvorschubantrieb aus geschehen, wie das in Fig. 4 dargestellt ist. Die Welle
der Filmantriebsrolle 14 ist über Kegelräder mit einer senkrechten Welle 48 gekoppelt,
die ihrerseits das Prisma über einen zweiten Satz von Kegelrädern in Drehung versetzt.
Es ist selbstverständlich, daß man auch andere Kupplungsanordnungen benutzen könnte,
um die nötige Synchronisierung zwischen Filmvorschub und Prismendrehung sicherzustellen,
Das Abtastprisma besteht aus zwei rechtwinkligen Prismen, deren Hypotenusenflächen
aneinanderliegen, so daß eine reflektierende Fläche gebildet wird. Ein erster Strahlengang
enthält ein geeignetes Objektiv 27, welches neben dem Abtastprisma angeordnet ist
und dessen optische Achse unter einem Winkel 0 gegen die Horizontale geneigt ist.
Das abgetastete Bild wird durch einen Spiegel 28 und eine Feldlinse 29 auf den Spalt
18 geleitet. Der zweite Strahlengang ist in seinem Aufbau symmetrisch zu dem ersten
und enthält ein Objektiv 31, einen Spiegel 32 und eine Feldlinse 33. Wie dargestellt
ist, sind in den zwei Strahlengängen Verschlüsse 34 und 35 angeordnet, welche mit
dem Prisma synchronisiert sind. Es ist eine Fensteranordnung, bestehend aus den
Fenstern 36, 37 und 38, vorgesehen. Diese würde auf dem Boden des Flugzeuges, in
welches die Kamera eingebaut wird, angeordnet sein. Das Abtastprisma 25 kann gegen
den Uhrzeigersinn gedreht werden, wie das durch den Pfeil 70 angedeutet ist. Wenn
das Prisma in dieser Weise rotiert, leitet seine reflektierende Fläche 41 das Bild
eines Geländestreifens von Horizont zu Horizont auf einen der Strahlengänge. Dann
wird, nachdem das Prisma um einen vorgegebenen Winkel weitergedreht ist, der nächste
Geländestreifen abgetastet, und dessen Bild gelangt über den zweiten Strahlengang
auf den Film. Die so erzeugten Bilder treten jeweils durch einen der Spalte 18 oder
21; die parallel zur Flugrichtung liegen, also senkrecht zur Papierebene in Fig.
1.
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Da die Abtastung des Geländes durch Drehung eines Prismas mit ,einer
reflektierenden Fläche erfolgt, bewegt sich das Bild mit der doppelten Umlaufgeschwindigkeit
des Prismas. Die lineare Geschwindigkeit des Bildes ist die Umlaufgeschwindigkeit,
ausgedrückt in Radiant pro Zeiteinheit, mal Brennweite. Damit das photographische
Bild scharf wird, muß der Film mit einer linearen Geschwindigkeit transportiert
werden; die gleich der des Bildes ist. Eine weitere Folge der Tatsache, daß das
Bild mit der doppelten Umlaufgeschwindigkeit des Prismas wandert, ist, daß das Gelände
bei jeder Umdrehung des Prismas zweimal abgetastet wird. In Fig. 2 ist die Achse
jedes Objektivs 27 und 31 unter einem Winkel 0 nach oben geneigt. Obwohl dies nicht
unbedingt nötig ist, gestattet eine solche Anordnung doch, daß jedes Objektiv unter
dem anderen hindurchblicken kann, um die Horizontalrichtung noch mit zu erfassen.
Wenn die Spiegelfläche 41 unter einem Winkel 0/2 vor der Vertikalen steht, wird
die linke Horizontalrichtung auf die Linse 27 längs deren optischer Achse gelenkt,
und der Verschluß 34 öffnet. Nachdem der Spiegel einen Winkelweg von 90° durchlaufen
hat und 0/2 vor der waagerechten Lage steht, wird die rechte Horizontalrichtung
längs der optischen Achse des Objektivs 27 reflektiert, und der Verschluß 34 schließt.
In der Mitte zwischen diesen beiden Stellungen geht der Spiegel durch eine Winkellage
hindurch, bei welcher ein Punkt direkt unterhalb der Kamera in die optische Achse
des Objektivs 27 reflektiert wird, wie das durch die strichpunktierte Linie 41 in
Fig. 2 dargestellt ist. Im weiteren Verlauf der Drehung, wenn der Spiegel in dem
Prisma in eine Lage 0/2 nach der Horizontalen gelangt ist, wird die linke horizontale
Richtung in die optische Achse des Objektivs s . reflektiert, und der Verschluß
35 öffnet. Nach weiterer 90°-Drehung gelangt der Spiegel in eine Stellung 0/2 nach
der Vertikalen, und dann wird die rechte horizontale Richtung in die optische Achse
des Objektivs 31 reflektiert, und der Verschluß 35 schließt. Da dies bei einem Winkel
geschieht, der um 0 gegenüber der Ausgangsstellung versetzt ist, tritt eine Überschneidung
zwischen den Belichtungen durch die Linse 27 und die Linse 31 ein. Der Verschluß
34 öffnet, wenn der Spiegel in einem Winkel 0/2 vor der Vertikalen steht, und der
Verschluß 35 schließt nicht, ehe der Spiegel 0/2 nach der Vertikalen steht. Während
das abgetastete Bild auf das Objektiv 31 geleitet wurde, durchlief der Spiegel eine
Lage, in welcher ein Objekt direkt unterhalb der Kamera in die optische Achse des
Objektivs gespiegelt wurde. Diese Lage ist durch die ausgezogene Linie in Fig. 2
dargestellt. Es ist klar, daß der Winkel zwischen den zwei Stellungen des Spiegels,
in welchen das Nadir erst auf die Achse des ersten Objektivs 27 und dann auf die
Achse des Objektivs 31 gespiegelt wird,
ist, während der Winkel zwischen den zwei Stellungen, in denen das Nadir erst auf
Objekt 31 und dann auf Objekt 27 gespiegelt wird,
ist. Da diese zwei Winkel sich um 2 0 unterscheiden und da das Prisma sich mit gleichförmiger
Geschwindigkeit dreht, werden die Nadirpunkte nicht in gleichen Zeitintervallen
erfaßt. Der Film bewegt sich auch mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit. Somit
würde
der Abstand auf dem Film zwischen entsprechenden Punkten auf
benachbarten Bildern nicht gleich sein, wenn nicht die Bilder räumlich verschoben
würden. Das wird durch eine Versetzung der Spalte 18 und 21 erreicht, derart, daß
der Abstand zwischen ihnen längs des Filmweges 2 0 Radiant mal Brennweite ist.
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Da die Zeitabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Bildern nicht
gleich sind und das Flugzeug, in welches die Kamera eingebaut ist, mit konstanter
Geschwindigkeit fliegt, ist Vorsorge für die Kompensation der ungleichen Bildüberlappungen
getroffen worden, die sonst auftreten würden. Bei einer Prismendrehung von e Radiant
pro Sekunde kann das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Bildern wie folgt
dargestellt werden:
Für die Objektive hat sich ein Neigungswinkel von ungefähr 15° als zweckmäßig erwiesen.
Somit wird
so daß die Zeitabstände zwischen den Bildern im Verhältnis 5 : 7 abwechseln. Wenn
dabei jede Linse auf der Filmmittellinie zentriert wäre, so würde die Überdeckung
der Bilder sich im selben Verhältnis abwechselnd ändern. Da aber eine konstante,
gleichförmige Überdeckung wünschenswert ist, sind die Objektive 27, 31 in Flugrichtung
oder senkrecht zur Ebene von Fig. 1 gegeneinander versetzt.
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Das Objektiv 27 ist etwas nach hinten und das Objektiv 31 etwas nach
vorn in Flugrichtung verschoben, um eine konstante Überdeckung von aufeinanderfolgenden
Bildern zu erhalten. Das sieht man deutlich aus Fig. 3 A, in welcher die Bildfeldüberschneidung
ohne Linsenverschiebung dargestellt ist. Wenn beispielsweise eine 55%ige Überdeckung
verlangt wird, so ist das Bild bei jeder nachfolgenden Abtastung um 450/0 der Filmbreite
gegenüber der vorangehenden Abtastung verschoben, oder 901/o für das einer ganzen
Umdrehung entsprechende Intervall von zwei Abtastungen. Bei dem obigen Beispiel,
bei dem sich das Zeitintervall im Verhältnis von 5:7 ändert, würde die tatsächliche
Bildverschiebung ohne Linsenversetzung sich zwischen 371/z und 521/z 0/0 der Filmbreite
ändern. Um eine konstante Überschneidung bei diesem Beispiel zu erzielen, sind die
Linsen im Abstand der halben Differenz oder 71/z 0/0 voneinander angeordnet, um
so eine 45 %-Bildverschiebung oder die verlangte 55%ige Überdekkung zu erhalten.
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Das ist in Fig. 3 B dargestellt, in welcher 42 die Bildmittellinie
für die Abtastung durch Linse 31 bezeichnet, welche leicht nach vorn geneigt ist,
und die Linie 43 die Bildmittellinie für die Abtastung durch die Linse 27, die leicht
nach rückwärts versetzt ist. Man sieht so, daß diese zwei aufeinanderfolgenden Bilder,
welche ohne Versetzung der Objektive sich zu 47% überdecken würden, nun zu 55% überdeckt.
Wenn dann das Bild wieder auf das Objektiv 31 geleitet wird, welches nach vorn versetzt
ist, so ist die Bildüberdeckung mit dem vorangehenden Bild ebenfalls 550%.
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Es ist zu berücksichtigen, daß durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeuges
längs seiner Flugbahn während jeder Streifenabtastung eine relative Bildbewegung
stattfindet. Es hat sich gezeigt, daß diese Erscheinung bequem dadurch kompensiert
werden kann, daß die Linsen 27 und 31 senkrecht zur Flugrichtung und synchron mit
dem umlaufenden Prisma hin- und herbewegt werden. Bei der Abtastung nach der Erfindung
ist die Bildbewegung sinusförmig, wobei die maximale Geschwindigkeit im Nadir auftritt.
Diese Kompensation der Bildbewegung kann durch harmonische Bewegung der Objektive
27, 31 mittels geeigneter Vorrichtungen bewirkt werden, die mit dem Antrieb
für das Prisma gekoppelt sind.
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Fig. 4 stellt ein Mittel zur Erzielung harmonischer Bewegung der Objektive
synchron mit dem rotierenden Prisma dar. Ein Motor 44 dreht eine Welle 45, welche
die Filmantriebsrolle 14 treibt. über das mechanische Getriebe, bestehend
aus den Kegelrädern 46, 47, der Welle 48, den Kegelrädern 49, 51 und der Welle 26,
wird das Prisma 25 synchron mit der Filmantriebsrolle gedreht. Ein Kegelrad
53 auf der Welle 48 greift in .ein Paar von Zahnrädern 54, 55 ein, welche
auf Wellen 56 bzw. 57 sitzen und Scheiben 58 bzw. 59 in Drehung versetzen.
Jede dieser Scheiben hat einen Zapfen, wie der Zapfen 61 der Scheibe 59, welcher
von einem geschlitzten Teil 62 und 63 umfaßt wird. Jedes dieser Teile ist mit einer
Schubstange 64 bzw. 65 verbunden. Somit wird durch die Rotation der Scheiben den
Objektiven 31 und 27
eine harmonische Bewegung erteilt, so daß sie
in Führungsbahnen 66 bzw. 67 hin- und herbewegt werden.