DE19623026A1 - Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitsfilmkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitsfilmkamera, d. h. eine Kamera, mit der eine große Zahl von Bildern in einer Zeiteinheit aufgenommen werden kann. Während z. B. normale 16 mm-Filmkameras 24 Bilder in der Sekunde aufnehmen, können Hochgeschwindigkeitsfilmkameras bis zu 3000 Bilder je Sekunde aufnehmen. Derartige Kameras werden vor allem in der Wissenschaft und in Versuchsabteilungen einge­ setzt, um die dem normalen menschlichen Auge verborgenen, dicht aufeinander folgenden Phasen eines Bewegungsablaufs studieren und analysieren zu können. Ein Anwendungsbeispiel sind soge­ nannte "Crashkameras", eingesetzt in Versuchsabteilungen der Hersteller von Sicherheitseinrichtungen und -geräten für Fahrzeuge, mit denen z. B. in einem auf eine feste Wand zubewegten und gegen diese Wand auffahrenden oder scharf bremsenden Versuchsfahr­ zeug die Wirksamkeit von im Augenblick des Aufpralls sich aufbla­ senden Sicherheitskissen (sog. "Airbags"), aber auch z. B. Sicher­ heitsgurt, Kindersitze, Lenkräder und dgl. getestet werden.

Da bei der hohen Zahl von Bildern in der Zeiteinheit extrem hohe Verschlußzeiten entstehen und derartige Versuche in der Regel in einer Halle vorgenommen werden, kommt es für die Auswertbarkeit der Bilder in hohem Maße auf eine gute Beleuchtung und Ausleuch­ tung der unmittelbaren Umgebung des gefilmten Objekts an, die nach dem Stande der Technik durch in der Versuchshalle aufge­ stellte sehr starke Halogenscheinwerfer erreicht werden soll. Zwei­ hundert und mehr derartige Halogenscheinwerfer in einer Versuchs­ halle üblicher Größe sind keine Seltenheit.

Schwierigkeiten entstehen in dieser Beziehung vor allem dann, wenn nicht Vorgänge, z. B. Verformung außen an einem Fahrzeug, sondern Vorgänge im Innenraum untersucht werden sollen. Dann reicht häufig entweder die Außenbeleuchtung nicht völlig, oder sie wirft im Innenraum störende Schatten. Bis zu einem gewissen Grade kann man dem dadurch begegnen, daß man z. B. die Fahrzeugtür und gegebenenfalls auch den Türholm wegnimmt, was aber zu La­ sten der Wirklichkeitsnähe des Versuchs, z. B. bezüglich der Stabili­ tät des Fahrzeugs, geht.

Außerdem sind die Unterbringungsmöglichkeiten am und im Fahr­ zeug beschränkt, Lampen lassen sich nicht an beliebigen Stellen und beliebiger Zahl im Fahrzeug unterbringen, da Dummies, Meßeinrichtungen und Kameras im Fahrzeug aufgebaut werden müssen, die einen großen Teil des verfügbaren Raumes innen oder auf der Motorhaube beanspruchen.

Damit lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dem Benutzer eine Hochgeschwindigkeitsfilmkamera zur Verfügung zu stellen, die in wenig Platz beanspruchender Weise auch im Innenraum eines ins­ besondere bewegten Objekts eine einwandfreie Ausleuchtung eines Prüfgegenstandes und dessen Umgebung gestattet. Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den in den Ansprüchen definierten Mitteln.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an keinen Anspruch auf Voll­ ständigkeit erhebenden Ausführungsbeispielen dargestellt und an­ hand dieser nachfolgend beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Hochgeschwindigkeitskamera mit kurzem Objek­ tiv, schematisch in der Seitenansicht und verkleiner­ tem Maßstab mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in der Aufsicht,

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 und 2 in der Vorderan­ sicht,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitskamera nach den Fig. 1 bis 3 in der Seitenansicht, aber in einem gegenüber den Fig. 1 bis 3 vergrößerten Maßstab,

Fig. 5 eine Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 4 in der Auf­ sicht,

Fig. 6 eine Beleuchtungsvorrichtung nach den Fig. 4 und 5 in der Vorderansicht,

Fig. 7 eine Hochgeschwindigkeitskamera, schematisch, mit langem Objektiv und einer erfindungsgemäßen Be­ leuchtungsvorrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 8 den Gegenstand der Fig. 7 in der Aufsicht,

Fig. 9 den Gegenstand der Fig. 7 und 8 in der Vorderan­ sicht,

Fig. 10 eine abgeänderte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochge­ schwindigkeitskamera nach den Fig. 7 bis 9 in einem gegenüber diesen Figuren vergrößertem Maßstab,

Fig. 11 den Gegenstand der Fig. 10 in der Aufsicht,

Fig. 12 den Gegenstand der Fig. 10 und 11 in der Vorderan­ sicht,

Fig. 13 ein Einzelteil (Leuchtenkörper) der Erfindung im Ver­ tikalschnitt und weiter vergrößertem Maßstab.

1 ist das Gehäuse einer allgemein mit 2 bezeichneten Hochge­ schwindigkeitskamera mit einem im Verhältnis zur Kameralänge verhältnismäßig kurzem Objektiv 3, das mittels einer Adapterplatte 4 auf die Frontseite des Gehäuses 1 aufgeschraubt ist. Werden sol­ che Kameras z. B. als sog. "Crashkameras" benutzt, werden sie für den Filmbetrieb auf ein Stativ (als Standkamera) oder auf eine fixe Befestigung im Fahrzeug (als Mitfahr-Crashkamera) montiert. Hierzu dienen zwei Befestigungssockel 5a an der Oberseite des Gehäuses bzw. 5b an dessen Unterseite.

Die im einzelnen in den Fig. 4 bis 6 in der Seitenansicht, Aufsicht und Vorderansicht dargestellte erfindungsgemäße Zusatzbeleuch­ tung besteht aus einer Befestigungsplatte 6, deren Bohrungen 7 mit den Gewindebohrungen 8 in dem Befestigungssockel 5, 5a über­ einstimmen. Rechtwinklig an der Befestigungsplatte 6 ist ein Leuchtenträger 9 befestigt, welche Verbindung durch Rippen 10 zu­ sätzlich versteift sein kann.

Der Leuchtenträger 9 kann eine an sich beliebige, bzw. der Anord­ nung und Zahl der Leuchten 11 angepaßte Form aufweisen. Für mehr als zwei Leuchten hat sich die dargestellte halbrunde Form bewährt, so daß die Leuchten 11 auf einem Halbkreis angebracht sein können, der konzentrisch zur Mittelachse des Objektivs 3 ver­ läuft. Dadurch wird eine homogene Lichtverteilung bezüglich des zu filmenden Objekts erzielt.

Der Leuchtenträger 9 weist eine Ausnehmung 12 für die Durchfüh­ rung des Objektivs 3 auf und diese Ausnehmung ist so dimensio­ niert und die Leuchten sind auf dem Leuchtenträger so angeordnet, daß sie die Bedienbarkeit des Objektivs, z. B. um Schärfe und Blen­ de einzustellen, nicht beeinträchtigen.

Da die mit einer Kamera fest verbundene Zusatzbeleuchtung bei Crash-Versuchen hohen Beschleunigungen und Verzögerungen ausgesetzt ist, ist es zweckmäßig, die Zusatzbeleuchtung möglichst leicht herzustellen, weshalb Befestigungsplatte 6, Leuchtenträger 9 sowie die Leuchten selber aus einer zwar festen aber möglichst leichten Metallegierung, z. B. AlMg-Si bestehen.

Für den Einsatz wird die erfindungsgemäße Zusatzbeleuchtung mit der Ausnehmung 12 im Leuchtenträger 9 über das Kameraobjektiv 3 geschoben und mit der Befestigungsplatte 6 auf dem oberen Sockel 5a des Kameragehäuses festgeschraubt. D.h. von vornherein an der Kamera vorhandene Befestigungsmittel, z. B. Befestigungsmittel, für deren Befestigung an Konsolen, Stativs, Streben usw., können für die Befestigung der Beleuchtungsvorrichtung ausgenützt werden.

Ein in Fig. 13 in etwa natürlichem Maßstab für sich dargestellter Leuchtenkörper 13 weist Gewindebohrungen 14 auf, mit denen er am Leuchtenträger 9 mit zwei Schrauben befestigt werden kann, damit die Leuchtenkörper einzeln ausgetauscht werden können. Im Leuchtenkörper ist ein Lampensockel untergebracht, auf den die Lampe, z. B. Halogenlampe, aufgesteckt wird. Um die Lampe ist ein ebenfalls nicht dargestellter Reflektor angebracht. Für den optima­ len Sitz des Reflektors ist der Leuchtenkörper innen in Anpassung an den Reflektor konisch (15) gestaltet. Mit einer Überwurfmutter, die in Pfeilrichtung auf den Leuchtenkörper 13 aufgeschraubt wird, wird der Reflektor in die konische Ausnehmung 15 und die Lampe in die Fassung gedrückt. Dadurch bekommt die Lampe einen auch bei hoher Beschleunigung oder Verzögerung sich nicht verändernden stabilen und rüttelfreien Sitz im Leuchtenkörper. Um die Leuchten vor Schmutz, Fremdkörpern und Fingerabdrücken zu schützen, läßt sich zwischen Leuchtenkörper und Überwurfmutter eine crashfeste durchsichtige Scheibe, z. B. Quarzglasscheibe einsetzen.

Beim Betrieb einer Hochgeschwindigkeitskamera mit Objektiven 16 größerer Baulänge, in den Fig. 7 bis 9 schematisch dargestellt, wird eine allgemein mit 17 bezeichnete Objektivstütze - auch "G-Stütze" genannt - verwendet. Objektive größerer Baulänge sind z. B. Ex­ trem-Weitwinkelobjektive oder Teleobjektive. Diese überschreiten meist eine bestimmte Länge und auch ein bestimmtes Gewicht und dann wird insbesondere in Anbetracht der auf das Objektiv wirken­ den Bedingungen bei Crash-Versuchen eine Unterstützung des Ob­ jektivs benötigt. Bei Fahrzeugcrashs, z. B. mit 60 km/h gegen ein anderes Auto oder gegen eine Wand, entstehen Verzögerungswer­ te, die das fünfzigfache der Erdbeschleunigung erreichen. Wiegt z. B. ein Objektiv 800 g, so kommt auf die Fläche zwischen Kamera­ gehäuse und Objektiv eine Belastung von 800 g × 50 g = 40 kg. An­ hand solcher Belastung wird deutlich, warum eine Objektivstütze (G-Stütze) benötigt wird.

Nach dem Stande der Technik wurde das Kameraobjektiv mit der G-Stütze 17 mit zwei halbrunden Schellen gestützt. Für diesen Fall kann eine Zusatzbeleuchtung gemäß den Fig. 10 bis 12 einge­ setzt werden. Die Objektivstütze kann die unterschiedlichsten For­ men aufweisen. Eine häufig benutzte ist eine L-förmige Platte, de­ ren langer Schenkel 18 an einer Seite des Kameragehäuses oder an der Unterseite desselben befestigt ist und deren kurzer Schenkel 19 mit einer halbrunden Öffnung 20 versehen ist, die das Objektiv von unten stützt. In der halbrunden Öffnung 20 wurde das Objektiv mit einer von oben festgeschraubten Schelle gehalten.

Im Fall dieser Ausführungsform der Erfindung wird die erwähnte Schelle durch den Leuchtenträger 21 ersetzt, dessen halbrunde Ausnehmung 22 die ebenfalls halbrunde Ausnehmung 20 in der Objektivstütze 17 zu einer kreisförmigen Ausnehmung ergänzt.

Der Leuchtenträger 21 ist damit eine Platte, z. B. gemäß der Darstel­ lung geometrisch eine aus einem oberen Trapez und einem unteren Rechteck zusammengesetzte Platte, die mit Rändelschrauben 23, 23a in Gewindebohrungen des kurzen Schenkels 19 der Objek­ tivstütze leicht auswechselbar festgeschraubt werden kann, so daß eine durchgehende Platte mit einer kreisrunden Öffnung für das Objektiv entsteht. Auf diese Weise kann die Zusatzbeleuchtung auch einfach und schnell angebracht, entfernt oder gegen eine an­ dere ausgetauscht werden.

Die Ausnehmung 22 im Leuchtenträger 21 kann mit entsprechend geformten, aber im Innendurchmesser unterschiedlichen Einsätzen 24 ausgerüstet werden, um den Leuchtenträger mit Leuchten unter­ schiedlichen Stützen für unterschiedliche Objektive anpassen zu können. Diese Einsätze können aus einem harten oder elastischen Kunststoffmaterial bestehen, aber mit Rücksicht auf die auftreten­ den Kräfte bei Crash-Versuchen auch aus Metall. Sie können in der Ausnehmung 22 entweder in eine halbkreisförmige Nut eingepaßt oder gemäß der Darstellung mit einer Schraube 25 gehalten wer­ den.

Auch in diesem Fall können die Leuchtenkörper 26 zweckmäßiger aber nicht notwendigerweise in einem zur Achse des Objektivs kon­ zentrisch liegenden Halbkreis und mit den Achsen parallel zur Ob­ jektivachse angeordnet werden, womit in der Mehrzahl der denk­ baren Fälle eine sehr gute Beleuchtung des zu filmenden Objekts erzielt wird. Die Leuchtenkörper können aber auch mittels eines feststellbaren Gelenks am Leuchtenträger befestigt werden, um die Strahlen der Leuchten auf einen bestimmten Punkt oder engen Be­ reich richten zu können.

Zahl und Anordnung der Leuchtenkörper auf dem Leuchtenträger richtet sich nach der Notwendigkeit, allein oder zusätzlich zu fest oder beweglich installierten Lampen außerhalb des bewegten Ver­ suchsgegenstandes eine ausreichende Helligkeit zu gewährleisten. Vier Leuchten in der dargestellten Anordnung haben sich als gut und ausreichend für die meisten Fälle erwiesen. Aber es besteht natürlich keine Schwierigkeit, die Schenkel 27a, 27b des Leuchten­ trägers (Fig. 10) weiter herunterzuziehen und dann unterhalb der Leuchten 26a und 26d weitere, z. B. je eine Leuchte anzuordnen oder auch für den Fall, daß der Einsatz 24 nicht durch eine Schrau­ be gehalten ist, zwischen den Leuchten 26b und 26c eine weitere unterzubringen.

Leuchtenkörper nach Fig. 13 und entsprechende Leuchten mit Lam­ pen, Reflektor und durchsichtiger Scheibe sowie Überwurfmutter können natürlich auch für eine Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 9 eingesetzt werden.

In Fig. 13 ist 28 die Überwurfmutter und 29 eine durchsichtige Scheibe, die durch die Überwurfmutter die Lampe in ihre Fassung und den Reflektor gegen seinen Sitz in der konischen Ausnehmung 15 drückt.

Beispiel

Gefilmt wird mit 1000 Bildern/sec ein Dummykopf in einem fahren­ den oder stillstehenden Fahrzeug. Bei einem Seitenaufprall durch ein anderes Fahrzeug ist die Kamera auf der Motorhaube in einem Abstand vom Dummy mit 1,2 m montiert, wobei der Bildausschnitt vom Scheitel des Dummies bis zu seiner Schulter und seitlich bis zur B-Säule des Fahrzeugs reicht. Zweck der Untersuchung ist die Analyse der Kopfbahnkurve mit und ohne Airbag. Mit der üblichen Außenbeleuchtung würden Schatten auf das Gesicht des Dummies fallen und mit einer herkömmlichen, getrennt von der Kamera in­ stallierten Zusatzbeleuchtung werden ebenfalls Schatten erzeugt, da das Licht nicht genau in Richtung des Objekts u. d. h. in Richtung des Kameraobjektivs gerichtet ist. Mit einer Beleuchtungsvorrich­ tung nach der Erfindung wird eine optimale Lichtausbeute und Schattenreduktion erzielt. Die Beleuchtung erreicht, gemessen mit einem Lichtmesser, einen Wert von 14,5 und umgerechnet auf die Verschlußzeit erreicht man damit eine Blende von 4,0 bis 5,6, ein Wert, der sehr gut ist und mit dem auch eine ausreichende Tiefen­ schärfe erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse Fig. 1-6
2 Hochgeschwindigkeitsfilmkamera (allgemein) Fig. 1-6
3 Objektiv Fig. 1-6
4 Adapterplatte Fig. 1-6
5 Befestigungssockel (a+b) Fig. 1-6
6 Befestigungsplatte Fig. 1-6
7 Bohrungen (in 6) Fig. 1-6
8 Bohrungen (in 5) Fig. 1-6
9 Leuchtenträger Fig. 1-6
10 Rippen Fig. 1-6
11 Leuchten Fig. 1-6
12 Ausnehmung (in 9) Fig. 1-6
13 Leuchtenkörper Fig. 13
14 Gewindebohrungen Fig. 13
15 konische Ausnehmung Fig. 13
16 Objektiv Fig. 7-12
17 Objektivstütze (G-Stütze) Fig. 7-12
18 langer Schenkel Fig. 7-12
19 kurzer Schenkel Fig. 7-12
20 halbrunde Ausnehmung Fig. 7-12
21 Leuchtenträger Fig. 7-12
22 halbrunde Ausnehmung Fig. 7-12
23 Rändelschrauben (a+b) Fig. 7-12
24 Einsätze Fig. 7-12
25 Schraube Fig. 7-12
26 Leuchtenkörper (a-d) Fig. 7-12
27 Schenkel (a+b - v. 21) Fig. 7-12
28 Überwurfmutter Fig. 13
29 durchsichtige Scheibe Fig. 13

Claims (14)

1. Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeits­ filmkamera zum Filmen von Bewegungsablaufeinzelheiten, z. B. bei Crash-Versuchen im Innenraum eines Land-, Luft- oder Wasserfahr­ zeuges, gekennzeichnet durch eine, aus einem plattenförmi­ gen Leuchtenträger (9, 21) mit Objektivausnehmung (12, 22) beste­ hende Zusatzbeleuchtung, die mit der Kamera (2) bzw. einer Objek­ tivstütze (17) lösbar verbunden ist.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach dem Anspruch 1 für eine Hochgeschwindigkeitsfilmkamera mit kurzem Objektiv, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie auf der Oberseite des Kameragehäuses, z. B. einer für die Befestigung der Kamera vorgesehenen Konsole (5a), zu befestigen ist.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht stehende Leuch­ tenträger (9) mit Ausnehmung (12) für den Durchtritt des Objektivs (3) der Kamera mit einer rechtwinklig hierzu liegenden Befesti­ gungsplatte (6) verbunden ist, wobei die Leuchten (11) auf der der Befestigungsplatte (6) abgewandten Seite des Leuchtenträgers an­ gebracht sind.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatte (6) mit Boh­ rungen (7) versehen ist, die mit Gewindebohrungen (8) im Befesti­ gungssockel (5a) einer Hochgeschwindigkeitsfilmkamera überein­ stimmen.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach dem Anspruch 1 für eine Hochgeschwindigkeitsfilmkamera mit langem Objektiv (16) und einer Objektivstütze (17) für dieses, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem das Objektiv (16) der Kamera direkt stützenden Teil (19) der Objektivstütze (17) lösbar verbunden werden kann.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtenträger (21) als eine den stützenden Teil (19) der Objektivstütze (17) nach oben ergän­ zende und mit ihm fest verbindbare Platte ausgebildet ist, die an daß Unterseite mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung (22) verse­ hen ist, die eine halbkreisförmige Ausnehmung (20) des das Objek­ tiv stützenden Teils (19) der Objektivstütze (17) zu einer kreisför­ migen Ausnehmung ergänzt.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtenträger (21) beid­ seits der halbkreisförmigen Ausnehmung (22) mit seine ganze Höhe durchsetzenden Bohrungen für Schrauben (23) versehen ist, mit denen er in Gewindebohrungen auf der oberen Stirnfläche des stüt­ zenden Teils (19) der Objektivstütze (17) verschraubbar ist.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 sowie 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der halbkreisförmigen Ausnehmung (22) des Leuchtenträgers (21) Einsätze (24) unter­ schiedlichen Innendurchmessers in Anpassung an Kameraobjektive unterschiedlichen Außendurchmessers austauschbar angebracht sind.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchten aus einem rohrförmigen Leuchtenkörper (13) bestehen, der für die Aufnahme eines Lampensockels eine konzentrische Bohrung und im Anschluß an diese einen konischen Abschnitt (15) für die Aufnahme eines Reflektors aufweist.

10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Innenraums des Leuchtenkörpers so bemessen ist, daß nach Auf­ schrauben einer Überwurfmutter (28), ggf. unter Zwischenschaltung einer durchsichtigen Scheibe (29), die Lampe in ihre Fassung und der Reflektor in den konischen Abschnitt (15) gedrückt wird.

11. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuch­ tenkörper (13, 26) beidseits der Bohrung für den Lampensockel Ge­ windebohrungen (14) für das Festschrauben am Leuchtenträger (9, 21) aufweist.

12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuch­ tenkörper am Leuchtenträger durch ein feststellbares Gelenk ver­ bunden ist.

13. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuch­ tenkörper am Leuchtenträger auf einem, konzentrisch zur Achse des Kameraobjektivs liegenden Teilkreis angeordnet sind.

14. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 sowie 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Leuchtenkörper parallel zur Objektivachse der Ka­ mera liegen.