DE1772429A1 - Fotographisches Aufnahmeverfahren sowie Kamera zu seiner Durchfuehrung - Google Patents

Description

Dipl.-bg. Stracke

Dipi-Ing. Loesenbeck . ' .

48 kieijicii lieriorder Straße 17

W. 7IiOTM LIMIl¹ED, Western Way, Bury St. Edmunds, West Suffolk /

England

Fotographisch.es Aufnahmeverfahren sowie Kamera zu seiner

Durchführung

Die Erfindung bezieht sich auf ein fotographisches Aufnahmeverfahren mittels einer Kamera zu Zwecken der Aufklärung, der Vermessung u.dgl. Die Erfindung "bezieht sich ferner auf eine entsprechende Kamera, insbesondere eine Panoramakamera.

Es sind bislang zwei Arten von Kameraeinrichtungen für die Luftaufklärung vorgeschlagen worden. Bei dem ersten Vorschlag ist eine Mehrfach-Kameraeinheit vorgesehen, in der verschiedene, beispielsweise fünf oder sieben, getrennte, festgesetzte Kameras in fächerförmiger Anordnung quer zur Flugrichtung liegen, wobei jede Kamera einen Bildwinkel zwischen 2o und 7o° hat, je nach ihrer Stellung in diesem Fächer, so daß die Gesamteinheit einen Winkel über 15o° abdeckt. Gemäß zweitem Vorschlag

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sind einzelne Kameras vorgesehen, die einen rotierenden Reflektor, wie beispielsweise einen Spiegel oder ein Doppelprisma, zwischen dem Linsensystem der Kamera und dem aufzunehmenden Objekt haben· Bei der letztgenannten Art wechselt'-die Visierrichtung der

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Kamera kontinuierlich und bestreicht den zu fotographierenden Btreiöh mehrere Male pro Sekunde bzw. siioht diesen Bereich

mehrere Male pro Sekunde ab. Ein. Beispiel für eino Kamera dieser Art ist in der Zeitschrift "Interavia", Heft 2, 1964, S. 2o6 bis 2o9, beschrieben. Ein anderer vorgeschlagener Versuch besteht darin, das Linsensystem bzw. das Objektiv der Kamera zu drehen. Dieser Vorschlag ist in dem Verk "Aviation Week and Space Technology" vom 26. April 1965, S. 72, 75, 77 •beschrieben.

Bei der erstgenannten Art des Vorgehens ergibt sich der Nachteil, daß getrennte Filme entwickelt werden müssen und daß von dem Ausdeuter der Aufnahmen die sich ergebenden Abzüge zusammengestückelt werden müssen. Darüberhinaus liegt der Raumbedarf einer solchen Mehrfah-Kameraeinheit unerwünschte Beschränkungen in der Gestaltung und dem Aufbau von Luft-Aufklärungsflugzeugen auf. Die Verwendung eines rotierenden Heflektors erlaubt es, das ganze darzustellende Blickfeld auf einen einzigen Film zu bringen und ergibt auch eine kompaktere Kameraeinheit, aber leider variiert der Maßstab der sich ergebenden Fotographien in weiten Grenzen abhängig davon, ob das fotographierte Objekt in oder nahe dem Nadir (d.h. senkrecht unter der Kamera) oder an den Randstreifen des Blickfeldes, beispielsweise in einem Winkel von 7o. bis 8o° zum Nadir, liegt. Somit ist es schwierig, exakte Messungen von Bodenentfernungen durch Messung der fotographischen Abzüge, die von einer solchen Kamera stammen, durchzuführen. Darüberhinaus ist eine Veränderung der Filmtransport ge schwindigkeit erforderlich, und die hierzu erforderliche Einrichtung ergibt einen schwierigen, teuren Aufbau. Der dritte, bereits genannte Vorschlag, das Linsensystem bzw. das Objektiv der Kamera zu drehen, ruft erhebliche.mechanische . ■. ■' Schwierigkeiten darin hervor, den Ulm exsJst und mffc der "

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korrekten Geschwindigkeit längs des Kreisbogens zu führen, wobei es auch schwierig ist, die diffizile, schx/ere und mit höchster Präzision hergestellte Linseneinheit zu drehen»

Die vorliegende Erfindung basiert auf einem völlig neuen Gedankengang, und gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zu fotographischen Aufnahmen zu den genannten Zwecken die Brennweite eines fest angeordneten Objektivs bzw. Linsensystems zu ändern, wobei die Brennweite gesteuert \tfird, um Veränderungen- des Haßstabes au kompensieren und damit auszuschalten.

Die Kamera gemäß der Erfindung für Zxirecke der Aufklärung und Vermessung u.dgl. beinhaltet ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite -sowie Einrichtungen, die Brennweite gemäß den Veränderungen in der Entfernung zwischen der Kamera und dem aufzunehmenden Objekt cu verändern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Panoramakamera vorgesehen, die einen Belichtungssclilitz, ein drehbares, Licht reflektierendes Teilstück zum Bestreichen bzw. Absuchen in einem weiten Winkel, ein Objektiv bzw. Linsensystem mit variabler Brennweite sowie eine Einrichtung hat, um die Brennweite des Objektivs gemäß der Absuchrichtung in Bezug zu dem Hadi-r zu variieren.

Unter dem Begriff "Weitwinkel" sind hier Winkel gemeint, die größer als etwa 11o sind. Das besagt, daß ein Suchbereich von über 55° zu jeder Seite des Nadirs als ein weiter Absuchwinkel beträchtet wird.

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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kompensation der Bildbewegung vorgesehen. Fliegt beispielsweise ein Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von S¹O^ ""is 1.285 kn pro Stunde über den Erdboden, v/erden die Objekte suf dom Erdboden durch diese Geschwindigkeit relativ zur Kamera bewegt. Ja die Absuchrichtung und. die Bewegung der Filmrichtung in großen und ganzen in einor solchen Pan or'■■■:: akamera quer zur Flugrichtung liegen, produziert diese Relativbewegung zwischen Objekt und Kamera eine Relativbewegung in

w entgegengesetzter Richtung zwischen dem Abbild und dem Linsensystem bzw. dem Objektiv. Dies besagt, daß sich das Abbild relativ zu dem Film bewegt und daß bei Fehlen einer entsprechenden Kompensation eine Unscharfe hervorgerufen wird» üas Ausmaß der Abbild-Bewegung hängt von der Flughöhe und Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges ab sowie von der Entfernung zwischen dem Linsensystem bzw. Objektiv und dem Film und variiert bei einer festen Brennweite des Objektivs einer querliegenden Kamera in Abhängigkeit davon, ob das' Objekt am oder entfernt vom Nadir liegt. Dies beruht darauf, daß die Entfernung zwischen Objekt und Objektiv sehr viel größer ist bei einer gegebenen Flughöhe, wenn sich das Objekt vom Nadir entfernt befindet, als v/enn sich das Objekt am Nadir befindet. Es versteht sich, daß bei Benutzung eines rotierenden Reflektors zur Erzielung der Panorama-Absuchung die Entfernung zwischen Abbild und Linsensystem bzw. Objektiv im wesentlichen festliegt.

Erfindungsgemäß wird die Kompensation der Bildbewegung in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die Absuchrichtung in

zu der

einen kleinen Winkel zur Normalen/Flugrichtung gelegt wird. Ein Winkel bis zu 5° ist normalerweise ausreichend. Die Richtung den

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liegt dabei quer zui¹ Flugrichtung.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben" sicli aus den lint or ansprächen some der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfiümmgszormen des Gegenstandes der Erfindung. Die beigefüg- "' ten Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 die Hauptteil3 einer Aufklärungs-Panoramakamera gemäß der Erfindung in schaubildlicher Darstellung,

Fit. 1a in Sprengbilddarstellung das Antriebssystem für den

Filmtransportiriechanismus, für die Veränderung der ■ Brennweite des Obejektivs bzw. des Linsensystems und für die Drehung der optischen Achse, ausgehend von einem einzigen Hotor ^

Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung die grundlegen.de G-eometrie zur Verdeutlichung der theoretischen Grundlage der Erfindung,

Fig. 2a ein Diagramm mit Darstellung der Veränderung der Brennweite in Funktion des Winkels zwischen dem Uadir

I und der Absuclirichtung,

Fig, J ein Diagraiam zur Darstellung der Veränderung "der Brennweite des Ob^ektibs bzw. des Linsensystems während eiiier Bereichsabsuchung,

Fig» 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Entfernung vom Nadir längs des Filmes "(und längs des Erdbodens) und der Brennweite des Objektivs bzw* des LinserLsystems,

Fig. 5 ein Diagramm zur Illustrierung des Schrägstellwinkels zur Abbildbewegungskompensation und die Beziehung dieses

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Winkels zur Abbildbewegungsgeschwindigireit; I,

Fig. 6 ein Diagrcx!n zur Illustric-rung der Vuründerun,;; de::; Winkels der effektiven optischen iichso, (güi.:e:i,^c;on vgl: üadir) zur Entfernung von ITtdir Iäng3 des Fil;::ri bsv/. Erdbodens»

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat die Kcxiera oinen Bclichbungssclilitz 1o, ein Objektiv bzw. Linsen syst eir. 12, einen drohbai'en Reflektor 14 sowie eine Einrichtung 1G, un die Brennweite des Objektivs bzw. Linsensystens zv/ischen einen lisacimalwert (j? max) und einem Minimal wert (ΐ¹ r.in) zu variieren. Der Reflektor 11 kann ein Spiegel, ein doppeltes oder ein mehrfaches Priseia sein. Während des Arbeitens der Kamera wird ein fotocraphischer Film 13 hinter dem Belichtungsschlitz 1o in einer Richtung, die senkrecht zur Schlitzlänge liegt, entlanggeführt. Die Flugrichtung des Flugzeuges ist mit Bezugsziffer 2o gekennzeichnet, der Nadir mit Bezugsziffer 22 und das Erdbodenfeld, d.h. die Ebene des aufzunehmenden Objektes, mit der Bezugsziffer 24. Die effektive optische Achse zu Beginn einer Absuchung hat die Bezugsziffer 26, die effektive optische Achse am Ende einer Absuchung die Bezugsziffer 28· Die Drehrichtung des Reflektors 11 ist durch den Pfeil 3o gekennzeichnet.

Es hat sich im Sinne der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daß eine Veränderung der Brennweite des Objektivs bzw. Linsensystems von etwa 3oo bis etwa 6o mm ausreicht, um den gewünschten Effekt selbst bei sehr ungünstigen Bedingungen eines Hochgescliwindigkeits-Niedrigfluges zu erreichen. Dia Veränderung der

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weifce wird mit der Absucligeschwindigkeit, d.h. der Drehung der effektiven- optischen Achse, und mit der i^ilmtiOnGportgese'jwindigkeit quer über den Beiichtungsscjalitz 1o s-Tnchronisiert Diese Bοv.¹ eJIm₁-;Gablaufe können daher ihren Antrieb über geeignete Kurven, u-etriebe odei¹ äquivaleilte Antriebsmechanismen von einen einzigen ilotor entsprechenden Iceiinoraentes und j/:onstanter G-eschwindij-ieit erhalten, so daß hierdurch äie Koiuora in Vergleich ::u vorbckannüon L;.c.orr.G erheblich vereinfacht ist und auch das Problcn der Synchroni ration ':eine beachtliche Holle nehr spielt.

-ilne AusfuhruiiGsform eines Antriebssj^stens ist in x^?ig. 1ε. darjoetellt. Der J?iLa 18 befindet sich auf einer AbspultroLinel 7o, läuft über eine f'iÜirim^srollG 72 (oder über ein Paar von Hihrunsssajinrädern) quer über das Bildfenster irnd dann hinter den Beliclitungsschlits 1o. Diese Bewegung geschieht durch einen iilntransportmechanism.us. Dieser Hechanismus beinhaltet ein den Vorschub exakt benessendes Sahnrad 7^_? wobei auch ein Paar von Sahnräderti oder eine versahnte Trommel vorgesehen sein kann, das sich auf einer Antriebswelle 76 befindet. ,2ine Aufwicke'ltiOmmel b"w. Spule 7S wird «ebenfalls von dieser Welle 76 mittels eines Rienens 8o tind entsprechenden Rollen 82 ariget2?ieben. Die Welle Ϋ6 erhält ihren Antrieb von einen Servo-Hotor 32 mittels einer Kegelradanordnung oder eines Schneckentriebes 84·. Die Motorwelle 36 treibt über eine Ivegelradanordnung oder einen Schneckentrieb 9o eine weitere Welle 86. Weitere Kegelrad- oder Schneckentriebanoraniingen sind mit den Bezug'sziffern 92, 9^-» 96 und 98 gekennzeichnet. Aufgabe dieser Triebe ist es ausschließlich, die Antriebsleistung vom Hotor auf eine Vielzahl von Wellen zu übertragen, deren Verwendung insgesamt eine günstige

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räumliche und geometrische Anordnung ergibt, wobei hervorzuheben ist, daß deren Verxtfendung nicht erfindungswesentlich ist. Andere Mechanismen und andere Anordnungen, die dem gleichen Zweck dienen, können ebensogut eingesetzt werden.

Aus der Getriebeanordnung 92 führt eine Abtriebswelle 1oo hinaus, die eine Kurvenscheibe 1o2 trägt, r.iit der sich eine Kurvenrolle 1o4 in Wirkverbindung befindet, die an einem ^lsKisni bzw. Linse 1o6 des Mehrfachlinsensystems 12 bzw. des Objektivs der Kamera befestigt ist_o Die Drehung der Welle 1oo bewirkt somit, daß eine der Linsen des Systems in einer Richtung parallel zur optischen Achse des Systems bewegt wird, so daß hiermit die Brennweite geändert wird» In ähnlicher Weise wird ein zweites Element bzw. Linse 1o8 des Linsensystems in der optischen Achse durch eine Kurvenscheibe 11o bewegt, die an der Abtriebswelle 112 der Getriebeanordnung 96 befestigt ist.

Des weiteren wird von der Motorwelle 86 ein weiteres Kegelradgetriebe bzw. Schneckenradgetriebe 114 angetrieben, das zwei Abtriebswellen 116 und 118 hat. Die erstere dient als Antriebswelle eines Differentialgetriebes 12o, dessen Differentialkäfig von einem Glied 122 gedreht wird. Dieses Glied wirkt als Kurvenrolle einer Kurve 124 zum Antrieb des Differentialkäfigs, die von der zweiten Abtriebswelle 118 angetrieben wird. Auf diese Weise kann eine Abtriebswelle 126 des Differenti&ilgetriebes 12o zyklisch mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben , werden, die sich nach der Kurvenform der Kurvenscheibe 124 bestimmt. Die Welle 126 ist mit dem Gestell bzw. Rahmen (nicht dargestellt) verbunden, das den drehbaren Reflektor in der Absuchereinheit 1Jo trägt, und dient dazu, die erforderliche

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Drehbewegung der effektiven optischen Achse zu "bewirken, um die Absuchung von Seite au Seite durchzuführen, wenn das ^Flugzeug über dem Boden fliegt. Aus der später näher zu erläuternden Di ajraiiiffidar st ellung ergibt sich, daß die Ivurvenform der Kurvenscheibe 124 so gestaltet ist, daß das Voranschreiten der Ao-ευ.οhung, in wesentlichen linear über den aufzunehmenden Boden erfolgt und nicht, wie bislang üblich, derart, daß die effektive optische Achse eine konstante Winkelgeschwindigkeit hat.

L3in weiterer Vorteil der Anwendung, der allgemeinen, oben diskutierten Prinaipien besteht darin, daß die Veite des Belichtungs- | Schlitzes während der Absuchung konstant bleiben kann und konstant bleiben sollte. Bei den bisher bekannten Panoramaksuaeras war die Brennweite des Objektivs bzw. Linsensystems festgesetzt und feststehend. Diese Kameras benutzten ferner eine Absuchung ir.it konstanter "Winkelgeschwindigkeit, so daß die Absuchung seitlich längs des 'Bodenbereiches, der abgesucht wird, mit variabler Geschwindigkeit erfolgt. Teilbereiche des zu untersuchenden Bodens nahe der Horizonte werden dabei, langsam abgesucht, so daß ihre Abbildungen für längere Zeiten den" Film beaufschlagen, als , die'Teilbereiche des zu untersuchenden Bodens nahe des ITadirs, die schnell abgesucht werden. Langsam abgesuchter Boden "bewirkt dichtere Negativabbildungen als schnell abgesuchter Untergrund, da die fotographische ITegativgamma-Dichte eine direkte Funktion der Belichtungsdauer (und ebenso der Abbildbreite und der individuellen Filmgeschwindigkeitskonstanten) ist. Bei den vorbekannten Kameras ist üblicherweise die Absuch-Schlitzweite während der ■Absuch-Belichtung variierend, um diesen Effekt zu kompensieren. Bei der vorliegenden Kamera jedoch, bei der der Filmtransport mit linearer Geschwindigkeit erfolgt und mit einem dementsprechend

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folgenden Acsiichyinkel-Iijckaniar.ur.;, ir.-t dec VüL'^n^o^rolcun der A'osuciiung des Erdbodens ebenfalls line;...:?. i-isG bodoirnot, unß alle Coile auf dam Erdboden ubor dia r^iizo seitliche .».„:.,uchun.j hi.n-.-reg ihre jeweilijon Abbildungen auf eiern Fil-i in ein^r gleichen Belichtungsdauer präsentieren. Demzufolge k-iiin di·^ //oil.u des Schlitzes 1c während aer Absuchung konstant bleiben,und. gemäß einer bevorzugten Ausführunssrorm bleibt sie auch konsb'nnt.

Die f sstgesetate i'ilntransportgescLwinaigkeib laögo bei 2 nun. pro Millisekunde liegen. Es v/ürd= demzufolge eine Millisekunde für jeden Punkt in dem Film erforesrn, von der entsprechenden Vorderkante des Schlitzes su der entsprechenden hinteren Kante des Schlitzes zu gelangen. ?üxⁱ einen 4 Elia breiten 3cr..litz wären

2 Millisekunden erforderlich, für einen 6 mn breiten Schlitz

3 Millisekunden usw. Mit anderen Worten, die Belichtungsdauer beträgt hierbei eine Millisekunde für je 2 mm Schlitzweite. Man ist demzufolge frei darin, Tjrai-tisch geeignete Schlitzweiten zu wählen und die resultierende Belichtungsdauer von der genannten linearen Beziehung her zu ermitteln.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die feststehende Relation zwischen der effektiven optischen Achse und der Brennweite. -

Für jeden der jeweiligen Winkel zwischen dem liadir und der effektiven optischen Achse während der Absuchung erhält man einen besonderen Wert für die Brennweite. Die Beziehung zwischen diesem Winkel und der Brennweite ergibt sich immer ohne Berücksichtigung der jeweils gewählten Absuchgeschwindigkeit. Eine solche Beziehung, die benutzt werden kann, ist gemäß einer bevorzugten AusführungsforBi des Gegenstandes der Erfindung in

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Fig. 2a dargestellt. 5¹Ig* 2a zeigt ein Diagramm, das den Absucli-■ winkel zuu .liadir ( ^ ) mit der jeweils erforderlichen Brennweite F in .Be si ellung setzt. Die .beiden Funktionen der Veränderung der Brennweite und der Drehung der effektiven optischen Achse differieren stark voneinander, und die beiden augeordneten itotriobsnech-jiiianen differieren ebenfalls völlig voneinander. 'I¹POtüüöia sind die entsprechenden Kechanismen simultan durch ein und dieselbe Kraftquelle in exaktem -Synchronismus- angetrieben.

"o ■

Aus einem Vergleich der Figuren 4 und 6 ergibt sich, daß die maximale Veränderungsgeschwindigkeit der Brennweite vorliegt, wenn eine minimale Veränderungsgeschwindigkeit der optischen Achse vorliegt und umgekehrt. Dies bedeutet, daß die Belastung der Kraftquelle im wesentlichen während des gesamten Zyklus' konstant ist. Hierdurch wird zum einen der Motor kleiner, und ferner bedeutet dies, daß der Belastungseffekt der einen Aktion (beispielsweise Variierung der Brennweite) einen minimalen Effekt auf die andere Aktion (beispielsweise Drehung des Reflektors 14·) zu jedem beliebigen Zeitpunkt hat. Fig. 2 zeigt die geometrische Grundlage des Prinzips, auf dem ' die Erfindung basiert. Die zwei Dreiecke 4o, 42, 44- und 44, 46, 48 sind ähnliche Dreiecke, und die Strecke G, d.h. die Gerade 44 - 46, die die seitliche Bodenfeldabmessung darstellt, steht zu der Strecke B, d.h. der Geraden 4o - 42, der seitlichen Filmformatabmessung in folgender Beaiehungr

•πι "D

— =i — * Maßstab der sich ergebenden Fotographie. HG

* Hierin ist F die Brennweite des Kameraobjektivs bzw. Linsensystems, und H ist die Flughöhe des Aufklärungsflugzeuges.

·%. ' ■ .-'■■■ .■■■.'

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* BAD

In ähnlicher Weise ist in Flugrichtung des Plugzeuges

H _a L Länge des Schlitzes 1o
-Ii J Breite des Bodenfeldes

3s muß immer Bewegung zwischen dein Film und der Kombination Linsensystem - Schlitz vorhanden sein; sonst würde die gesamte Abbildung, die sich über mehrere Zentimeter erstrecken soll, in einen Raum auf dem Film zusammengedrückt, der der Schlitzweite entspricht. Diese Relativbewegung ist in de3? Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 durch Bewegung des Filmes erreicht. Die Filmtransportgeschwindigkeit kann frei so gewählt werden, daß die gesamte Trarisportzeit pro Rahmen geringer ist als das Zeitintervall zwischen Belichtungen. Zur Vereinfachung des Aufbaues ist die Geschwindigkeit konstant» Natürlich rotiert auch die effektiv optische Achse, aber mit einer veränderlichen Winkelgeschwindigkeit, die mit der Filmtransportgeschwindigkeit gekoppelt ist, so daß. der Bodenbereich an der effektiven optischen Achse ordnungsgemäß in das sich ergebende fotographische Abbild placiert ist. Durch diese Kombination von synchronisiertem Filmtransport und winkliger Absuchung geschieht die Absuchung der erfindungsgemäßen Kamera mit linearem Fortschreiten über den Film und natürlich entsprechend mit linearem Fortschreiten über den Erdboden.'

In Fig. 5 ist die Veränderung der Brennweite des Objektivs bzw. Linsensystems der Kamera während der Absuchung illustriert. Gleiche Entfernungsabschnitte (und entsprechend Zeitabschnitte^ längs des zu untersuchenden Bodens oder über den Film hinweg bilden die Basis 5o-52 des Diagramms. Die Gerade 5O-54- ist der . Eine totale Brennweitenvariation von 6o bis Joo mm und

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eine ATdSuchgeschwindigkeit τοη 2 mm pro Millisekunde über den Film in seitlicher Richtung seien angenommen. Für Jeden der Entfernungs- und Zeitabschnitte ist die zugehörige Hypotenuse repräsentativ für die Brennweite. Die Auswertung der verschiedenen Dreiecke (alle mit dem gleichen Höhenlot, aber mit linearen Änderungen' der Basisdimensionen) bezüglich der Hypotenusen zeigt, daß, während die Baöislinien linear anwachsen, die Hypotenusen in keiner Weise linear anwachsen. Mit anderen Worten, die Hypotenusen wachsen im Hinblick auf die Zeitdauer langsam nahe des Nadirs, aber sehr schnell im Bereich der Λ

Extrema. Dies besagt, daß die Brennweite des Linsensystems zu Beginn und am Ende der Absuchung sehr schnell variiert, jedoch langsam in der Nähe des Nadirs.

In Fig. 4- ist die Brennweite des Objektivs über der Zeit "und den Streckenabschnitten längs des Films und des Erdbodens aufgetragen, so daß hier in einfacher Weise die Nichtlinearität dieser Beziehung zu sehen ist. Es ergibt sich· aus dem Diagramm, daß die durchschnittliche Inderungsgeschwindigkeit der Brennweite im Bereich des Nadirs etwa o,4- mm pro Millisekunde beträgt. < Auf der anderen Seite ist im Bereich der Extrema der Absuchung die durchschnittliche ünderungsgeschwindigkeit etwa 1,93 mm pro Millisekunde. Aus Fig. 4- läßt sich entnehmen, daß im ungünstigsten Fall etwa 31 Millisekunden erforderlich sind, um die Brennweite von 24o auf Joo mm zu ändern. Entsprechende Änderungen im Bereich des Nadirs haben längere Zeit zur Verfügung. Diese Bedingungen liegen so, daß die Veränderung der Brennweite ohne weiteres ,' realisiert werden kann. · ·

Es sei einmal angenommen, daß drei iOtographien pro Sekunde auf--

genommen werden sollen. Dann stehen 333,3 Millisekunden für jeden

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vollständigen Absuchzyklus zur Verfügung. In jedem der Zyklon wird die Absuchung durchgeführt, der Mechanismus zur änderung der Brennweite wird gestoppt, und die Brennweit ο \i±vö -,·χι2 den korrekten Wert für den Beginn der nächsten Absuchung wieder eingestellt,-und der Mechanismus zur Veränderung der Brennweite wird wieder so eingestellt, daß die Brennweite bei Beginn der nächsten Absuchung sich mit der korrekten Geschwindigkeit ändert» Vorzugsweise benötigt die tatsächliche Absuchung 28o bis 5oo Millisekunden, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsiorm wird die Absuchzeit auf 293,4 KilliSekunden festgelegt.

Die Bedeutung der ia gestrichelten Kurvenbuckel 56, 58 zu Beginn und am Ende der Kurve gemäß Figur 4 besteht darin, daß durch ein leichtes Überfahren des 300 Millimeter Brennweitenpunktes dieses Überfahren für die Bremsung und Beschleunigung der Teile des Linsensystemes benutzt werden kann. Ein derartiges Überfahren verhindert die Abbild-Degredation zu Beginn und am Ende der Belichtung während der Absuchung und kann des weiteren dazu benutzt v/erden, zu vermeiden, daß die einzelnen Linsen gegen Ende einer Absuchung vor einen Anschlag stoßen. Mit anderen Worten, innerhalb des Mechanismus zur Änderung der Brennweite können sanfte Übergänge^ benutzt werden, wenn von der Maacimalgeschwindigkeit zur Hull-Geschwindigkeit übergegangen wird und dann wieder auf die MaxLmalgeschwindigkeit zurückgegangen wird, dies alles zwischen den Absuchungen.

Die nachfolgenden Ausführungen betreffen die Seitenabweichung * des Abbildes infolge der Absuchzeit. Eine bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes ist darauf ausgelegt, eine Abbildbewegunga-

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Kompensation von maximal 152,4- Hillimetern pro Sekunde zu ermöglichen. Es sei angenommen, daß die gesamte Absuchzeit 293,4· Millisekunde beträgt, bei einer angenommenen maximalen Bildbewegungsgeschwindigkeit von 152,4· Millimetern pro Sekunde (Imax = 6). Dann xd.rd die Backbordkante des Abbildes hinter der Steuerbordkante um eine Entfernung von

nachschleppt. Das hat folgende Bedeutung:

Fotografiert man eine sehr lange und gerade Straße, die in einer Normalen aur Flugbahn liegt, würde der Punkt, in dem die Abbildung der Straße die Backbordkante des Bildrahmens trifft, nicht' gegenüber dem Punkt liegen, in dem die Abbildung der Straße die Steuerbordkante des Bildrahmens trifft, wie es sein sollte, sondern vielmehr 4-4-,7 mm versetzt hinter der richtigen Stelle längs der Bildrahmenkante. Dieser Effekt ist linear.

Wird die gedrehte optische Achse in einer Ebene normal zur Flugrichtung gehalten, ist es durch entgegengesetzte Schrägstellung des Filmes, des Projektionsfensters und des Schlitzes zu erreichen, daß die sieh ergenbende Fotografie die Straße normal zur Flugbahn wiedergibt. Dabei wird der gesamte Bildrahmen winkelig bezüglich der Flugbahn liegen. Dies ist aber

^rw für den Auswerter der Fotografie annehmbar, da er es geöhnt ist, mit schrägliegenden Abzügen zu arbeiten, wie sie von Kameras, die nicht Panoramakameras sind, stammen, wenn diese Kameras in ihren Halterungen nicht azimutiert werden können, um Kursabweichungen des Flugzeuges sowie dessen Abdriftwinkel zu korri-

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gieren. Der erforderliche Kompensationswinkel zur Korrektur der Bildschräglage ist

- 1 1,76
sin 23.1

In Abweichung hiervon können der Film, das Projektionsfenster und der Schlitz in einer Hormalen zur Flurbahn verbleiben und die Rotationsebene der effektiven optischen Achse wird leicht ψ bezüglich der Flugbahn gewinkelt, wie bereits weiter oben ausgeführt wurde.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die Kompensation der Abbildbewegung. Bei einer Schiit z\;eite von 2 mm und einer Filmtransportgeschwindigkeit von 2 Millimetern pro Sekunde würde die Belichtungsdauer 1 Hillisekunde betragen. Die Absuchgeschwindigkeit längs des Filmes wurde bereits weiter oben für diese besondere Ausführungsform der Erfindung mit,2.mm pro Millisekunde angegeben und um Unscharfen zu vermeiden, muß nun. ' die Filmtransportgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der der Film hinter dem Schlitz 10 bewegt wird, ebenfalls 2 mm pro Millisekunde betragen. Nimmt man eine Abbildbewegung relativ zum Film von 152,4 mm pro Sekunde an, wird ,"jeder Punkt auf dem Film, der diesem Wert für eine Millisekunde unterworfen ist, von vorn nach hinten über eine Entfernung von

χ 152,4 » 0,1524 mm

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ausgedehnt. Diese Größenordnung der Bildunschärfe ist nicht; zulässig und es muß demzufolge eine Kompensation der Abbildbewe-

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- 17 -

gung vorhanden sein» Da jedoch in dem Praxis die Kompensation der Abbildbewegung durch die ganze Absuchzoit hindurch erforderlich ist, wäre eine gesamte Bewegung des Films von vorn nach hinten durch einen entsprechenden Kompensationsmechanismus von 44,7 mm, entsprechend der Größe für die vorgenannte Seitenabweichung des Abbildes erforderlich. Wenn somit über den Winkel die Bildschräglage korrigiert wird, wird praktisch die Bildbewegung korrigert. Umgekehrt könnte auch der Bildrahmen von vorn nach hinten (ohne winkelige Schiefstellung) bewegt werden und dabei ^ sowohl eine Kompensation der Abbildbewegung wie auch eine Korrektur der Bildschräglage erreicht werden mit dem Vorteil, daß die seitliche Achse der resultierenden Fotografie anstatt schräg zur Flugrichtung, nun normal zu dieser liegen würde. Eine derartige Bewegung müßte jedoch für jede der aufeinander folgenden Fotografien wieder auf Null zurückgeführt werden und der entsprechende Mechanismus müßte als sehr schnell undexakt hin-und hergehender Mechanismus ausgebildet sein. Der große Vorteil der Methode der Kompensierung mit dem Schrägstellwinkel I besteht darin, daß·, solange I konstant ist, der Kampensatianswinkel konstant ist. Ein zyklisch hin- und hergehender Mechanismus ist damit nicht erforderlich.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den üblichen Kompensationsvorrichtungen für die Abbildbewegung besteht darin., daß diese automatisch eine Kompensationsgeschwindigkeit einführen, die keine direkte Beziehung zu der Filmtransportgeschwindigkeit oder der Aksuchgeschwindigkeit hat. Demzufolge muß: ein derartiger Mechanismus getrennt und kontinuierlich von einem Motor in !zyklischer

SADORIQINAL

1Q98tO/oaOS

- 13 -

Arbeitsweise und nit beträchtlicher Leistung angetrieDon werden. Auf der anderen Sei/ce ist bei der Kompensation mittels dor Ki n-

n
kelstellung die Kompensationsgeschwidigkeit; unbedeutend. Eine einfache Winkelstellrichtung, angetrieben dux^vch einen kleinen Motor, der nur selten arbeiten muß, ist alles, was erforderlich ist. Beim Anmeldungsgegenstand wird demzufolge die Kompensationsmethode mit Schrägstellwinkel bevorzugt, um den Aufbau der Panoramakamera zu vereinfachen und um deren Zuv-erlässigkeit zu steigern.

Die Berechnungen für diesen Kompensationswinkel v/erden in der gleichen Weise angestellt wie für die Kompensation der Abbildschräglage. Mit anderen Worten, der Winkel für die Kompensation der Bildbewegung ist

-1

β sin Strecke, während der eine Abbildbewegung pro Zeiteinheit stattfindet

Absuchstrecke auf dem Film während der gleichen Zeiteinheit

Eine Reihenberechnung für den Winkel £} wird in einfacher Weise dadurch gemacht, daß man die Strecke bestimmt, die der Film sich in einer Sekunde bewegen würde und daß man dieses Ergebnis zum Kenner in der obengenannten Gleichung macht und der Zähler ist dann gleich I. Erfolgt der Filmtransport mit einer Geschwindigkeit von 2mm pro IlilliSekunde, läuft er 2000 mm in einer Sekunde und demzufolge ist

-1 ₁

θ ■ ^sin 2Ö00

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Dor Effekt ist linear und ist grafisch, in Figur ^l) dargestellt.

Die nachfolgenden Ausführungen befassen sich mit einer möglichen Belichtungssteuerung. Bei normalen, vertikalen oder schrägen Fotografion wit einem beschränkteren, aufzunehmenden Bodenbercich als -er bei der hier vorgeschlagenen Panoramakamera vorliegt, kann in Übereinstimmung mit einer einzigen Eelligkeitsmessung oder eine:¹ einzigen auotmatisehen Belicht^mgshorechnung gearbeitet werden, wobei immer mit einer ausreichenden Sicherheit darauf gerechnet \ierden kann, geeignete iiegatavgamma- und Ganma-ßereiche zu erhalten. 3ei einem Abbild-Aspektverhältnis von 10.2 : 1, wie es die liier beschriebene Ilcmera hat, wird man aber schwerlich über das ganze -zu. fotografierende Bodcnfeld die gleiche mittlere Helligkeit antreffen. Es sei beispielsweise der Fall, daß ein Flugzeug an einem wolkenlosen Tag in der nördlichen Hemisphäre von Horden nach Süden fliegt, wobei sich die Sonne links von ihm, also im'Osten befindet. Die Schattenbereiche werden dann nach Osten zu maximcl und nach Westen zu minimal sein. Die Prüfung der sich ergebenden Abzüge würde ein I sehr viel größeres, mittleres Gamma nach Osten zu, schon in den Bereich der Unterbelichtung reichend aeigen, während nach Westen zu eine sehr viel geringere Gaminagröße, in den Bereich der Überbelichtung gehend, vorhanden wäre. Vereinzelte Wolken wurden wahrscheinlich den mittleren Gammabereicli noch ausdehnen. Man könnte hi ei· Abhilfe schaffen, in dem die Flüge auf die Mittagszeit, immer noch mit einer Tendenz zur Überbelichtung im Bereich des Nadirs, beschränkt wurden. Dies ist natürlich eine taktische Begrenzung, die man einem Aufklärungsflugzeug

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nicht zumuten kann. An bewölbten 'Hagen hätte man ein relaitv ■ kontantes mittleres Gamma über dem ganzen Abzug. Aber der Abzug würde nicht die natürliche gute Struktur haben, die nur Fotogs.fien bei Sonnenlicht bringen können.

Han kann demzufolge die Helligkeit quer über das ganze Absuchfeld analysieren und dann die Belichtung im umgekehrten Verhältnis zur Helligkeit während der Absuchung variieren. Es wird als im Jk Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend angesehen, die Helligkeit des aufHaunehmenden Feldes an Schrägwinkeln zu jeder Seite des Nadirs zu analysieren und einen Mechanismus einzusetzen, der die Schlitzweite über die Absuchung hin einstellt, Dieser Mechanismus kann eine geradlinige Steuerkurvenfläche haben, deren Neigung gemäss der analysierten Feldhelligkeit an zwei Schrägwinkeln zum Nadir variiert wird. Diese Anordnung verbessei't die Ergebnisse in einer grossen Mehrzahl von Bedingungen beträchtlich, insbes. in den Perioden der Morgen- und Abenddämmerung.

) Gemäss einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungs-, form der Erfindung kann die Kompensation der Bildbewegung auf andere Weise als oben beschrieben erreicht werden. Man kann in freier Wahl den Schräglagenwinkel ohne Rücksicht auf die Bildbewegungsgeschwindigkeit festsetzen und die Absuchgeschwindigkeit variieren. Wenn beispielsweise I um 50% reduziert wird, muss die Absuchgeschwindigkeit ebenso um *po% redu-. ziert werden. Dies hätte den Effekt der Verdopplung der Belichtungsdauer; und die Schlitzweite muss dann ebenfalls um reduziert werden oder die Blendenöffnung müsste entsprechend

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reduziert werden, wenn man die gleiche fotografische Wiedergabe auf dem ITegativ aufrechterhalten will. Wenn man in ähnlicher Weise den Wert von I von seinem Maximum von 152,4- ram pro Sekunde auf ein annehmbares Minimum von beispielsweise 4-o6,4- mm pro Sekunde reduziert, dann muss die Schlitzweite im Verhältnis zum Maximum um

= 1 : 1ο

max *

verringert werden. In Abwandlung davon kann man die Blendenöffnung mittels Dreifachblendscheiben reduzieren. Keine dieser Abwandlungen erscheint so zufriedenstellend wie das spezielle beschriebene Ausführungsbeispiel aber die eine oder andere spezifische Anwendungsform kann die eine oder andere der genannten Abwandlungen interessant machen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (iJ Fotographisches Verfahren zu Zwecken der Aufklärung, der Vermessung u.dgl., dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstub des Abbildes auf dem Film in Relation zu dem fotographierten Objekt unabhängig von der Entfernung zwischen Kamera und Objekt durch Variation der Brennweite des Kameraobjektives baw. -lirEensjsteme: konstant gehalten wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Weitwinkel-Absuchung durch Rotieren der Absuchrichtung, d.h. durch Rotieren der effektiven optischen Achse erreicht wird, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Rotation kontinuierlich gemäss.einer nichtlineren Funktion variiert wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, insbes. für die Luftaufklärung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Absuchrichtung in einer _x Ebene rotieren lässt, die in einem Schrägwinkel zur Flugrichtung des Flugzeuges liegt, wobei die Ebene des Filmes und die Filmtransportrichtung in einer normalen, zur Flugrichtung liegen.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, insbes. für die Luftaufklärung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des Filmes und der Richtung des Filmtransportes in einen Schrägwinkel zur Flugrichtung des Flugzeuges gelegt werden und die Richtung der Absuchung in einer Ebene rotiert, die normal zur Flugrichtung liegt.

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   5· Kamera our Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite ihres Objektives bzw. Linsensystemes veränderbar ist und dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Brennweite in Übereinstimmung mit der .Änderung der Entfernung zwischen der Kamera und dem Objekt variiert.

   6. Kamera nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die g

   Geschwindigkeit des Filmtransportes an einem Belichtungsschlitz vorbei värsiiert.

   7· Kamera nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung einen Elektromotor aufweist, durch den ein Zahnrad angetrieben wird, das mit dem Film in Eingriff steht und ihn antreibt und durch den ferner ein Kurvenantrieb angetrieben ist, der so ausgebildet ist, dass der in Brennachsenrichtung ein oder mehrere optische Elemente des Kameraobjektives bzw. -linsensystemes bewegt, j

   δ. Panoramakamera zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Belichtungsschlitz, ein drehbares, lichtreflektierendes Glied zur Absuchung in einem weiten-Winkel, ein Objektiv bzw. Linsensystem mit veränderbarer Brennweite und einer Einrichtung zur Veränderung der Brennweite gemäss der jeweiligen Absuchrichtung in Bezug auf den Nadir..

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   9· Panoramakamera nach Anspruch L₁ dadurch ^kennzeichnen, dass die genannte Einrichtung zusätzlich sowohl dia Rotation der Abrmchrichtung, d.h. der effektiven uptisdien Achse, wie Mich die /ariajion der Filmtrrnsport je schwin'Ii. ;l:^it ;(;u:'.;:.: einu:.¹ /■„·". d stiiraten, nichtlin oaren Funktion bewirk j .

   10. Panorancl: !Xi^ra nach Anspruch 9» dadurch ■,•eke-'.mseichn-r! ,

   dar---- die -J;---ichrichtunv mitüels einor ./olle gedreht wirk¹., ■.!,,■ ι ^ Abtrieb ."welle eine? Diff erential₀e-jriobci? is:,, das einen .ϋ1..'ία·-;η jialkäfig hat, der über einen Kur vent rieb ve η dem Antrieb;"-..Ii-...α des Differentialgetriebes ancreibbtir ist.

   11. Panoramakajnera nach einem der Ansprüche ο bis 1o, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene, in der die Absuchiachtimg rotierj in einem Shrägwinkel zur Längsachse des Flugzeuges angeordnet ist.

   12. P-anoramakaraera nach einem der Ansprüche 6 bis 1o, dadurch

   L gekennzeichnet, dass die Ebene des Filmes und der Richteng des Filmtransportes in einem Schrägwinkel zur Ll"'ngsachsenricht:mg der, Flugzeuges angeordnet ist, während die Ebene der Drehung der Absuchrichtung normal zur Längsachse dec Flugzeuges liegu.

   109810/08Ü5 '■ ^BAD O^RlGINAL