DE20000242U1

DE20000242U1 - Fotografische Kamera

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Publication number: DE20000242U1
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Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2010-01-12

Description

Fotografische Kamera

Die Erfindung betrifft eine in fünf Achsen verstellbare Kamera, bei der die Verstellung der Vorderstandarte und der Rückstandarte durch sechs in ihrer Länge veränderlichen Streben geschieht. Die Streben sind mit beiden Standarten in einer Weise gelenkig verbunden, daß sich eine geschlossene kinematische Kette ergibt.

Mit den meisten heutigen Fachkameras kann mit einem Bildformat von etwa 9x13 cm fotografiert werden. Sie sind mit verstellbaren Standarten ausgestattet und nach dem Prinzip der optischen Bank aufgebaut. Fachkameras bestehen aus einer Objektiv- und Bildstandarte, die jeweils höhen- und seitenverstellbar und über eine Längs- und Hochachse kippbar sind. Beide Standarten sind durch ein Bankstück miteinander verbunden. Die Standarten sind dadurch beweglich, da jede Verstelleinrichtung mit der nächsten verkettet ist. Diese als offene Führungskette bezeichnete Anordnung führt dazu, daß jede Verstellung oder Bewegung eines Kettenglieds die Position eines oder mehrerer anderer Kettenglieder mit beeinflusst. Die beschriebenen Fachkameras sind so konstruiert, daß sich aus den für die Verstellung verantwortlichen Verstelleinrichtungen wie Führungen und Lagern eine offene Kette bildet.

Bei den hier beschriebenen herkömmlichen Fachkameras wirken, bedingt durch deren besonderen Aufbau auf die Führungen und Lager, Zug-, Druck- und Biegemomente. Sie entstehen durch einwirkende Kräfte entweder durch das Eigengewicht der Einzelelemente aufeinander oder sie wirken von außen ein, wie z.B. durch das Anbringen und Abnehmen von Objektiv und/ oder Filmkassette. Durch die offene Führungskette addieren sich somit nachteilig die einzelnen Momente. Das Hintereinanderschalten der Kettenglieder kann sich dadurch nachteilig auf die gewünschte Positionierung der Objektivstandarte zur Bildstandarte auswirken. Deshalb wird bei den Fachkameras eine hohe mechanische Stabilität durch eine genügend große Dimensionierung der Lager und Führungen angestrebt. Der Mehrverbrauch an Material wirkt sich nachteilig auf das Kameragewicht aus.

Durch den technischen Fortschritt in Optik und Bildaufnahmematerial haben sich die Anforderungen an Fachkameras grundlegend gewandelt. Zu den neueren Aufnahmematerialien zählen auch lichtempfindliche Flächensensoren, sogenannte CCD's. Die Folge der besseren Bildqualität und der kostengünstigen kleineren Bildformate bei herkömmlichen Filmmaterialien und der Verwendung von CCD's mit kleinen Flächen, ist der unübersehbare Wandel weg vom großen Bildmaterial hin zum kleinen Bildformat. Als nachteilig stellt sich hier die Verwendung von relativ großen Fachkameras im Verhältnis zum verwendeten kleinen Filmmaterial heraus.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Führungen und Lager, die zur Verstellung einer Standarte notwendig sind, so anzuordnen, daß die auf die Standarte wirkenden Zug-, Druck oder Biegemomente minimiert werden und daraus eine genaue Positionierung der Standarten zueinander resultiert. Ebenso ist es Aufgabe der

Erfindung, weitgehend standardisierte Bauelemente zu verwenden, die Stabilität der Kamera zu erhöhen sowie die Justierung und Montage der Kamera auf ein Minimum zu reduzieren.

Als Hexapoden werden jene Verstelleinrichtungen bezeichnet, die sich aus einer oberen in sechs Achsen beweglichen Plattform mit einem unteren feststehenden Gestell zusammen setzen. Plattform und Träger sind durch eine kinematischen Kette an sechs in ihren Längen veränderlichen Streben miteinander verbunden. Sie sind zwischen Träger und Plattform umlaufend angeordnet. Bei diesen in sechs Achsen verstellbaren Einrichtungen dient die bewegliche Plattform etwa zur Positionierung von Gegenständen oder Werkzeugen.

Der hier beschriebenen Erfindung liegt der erfinderische Gedanke zugrunde, eine in sechs Achsen verstellbare Einrichtung als fotografische Kamera so weiter zu bilden, daß Plattform und Träger als Objektivstandarte und Bildstandarte dienen und der Raum zwischen beiden Standarten so genutzt wird, daß er als Durchtrittsöffnung für Lichtstrahlen dient. Auf der beweglichen Objektivstandarte können Objektive unterschiedlicher Brennweiten und Bildformate montiert werden. Auf der Rückstandarte können unterschiedliche Aufnahmematerialien, wie herkömmliche Filme, ein bewegter Kinofilm, oder ein lichtempfindlicher Halbleiter CCD, der flächig oder zellenförmig zur Objektivstandarte beweglich oder fest angeordnet ist, montiert werden. Weiterhin ist die Adaption von Filmmagazinen unterschiedlichster Aufnahmeformate möglich, sowie die Adaption von Kameragehäusen, Zwischenringen, Mattscheiben, Suchersystemen und den bekannten Kombinationen aus Scharfeinstellhilfe und Filmmagazin. Die Erfindung ist als Fotografische Kamera und als Balgennaheinstellgerät verwendbar.

Die Kamera besteht aus einer Objektivstandarte und einer Rückstandarte, die beide über sechs in ihren Längen veränderliche Streben beweglich miteinander verbunden sind. An jeder Standarte sind die sechs Streben über sechs Anlenkpunkte verbunden. Die Streben wirken direkt zwischen den beiden Standarten. Die Streben sind so angeordnet, daß sich eine mehrzählig geschlossene Einheit der Streben ergibt. Dadurch sind die Standarten gegeneinander in sechs Raumfreiheitsgrade beweglich. Die Standarten können gegenseitig in zwei Richtungen parallel verschoben werden. Sie sind einmal in vertikaler Richtung hoch, tief und in horizontaler Richtung seitlich gegeneinander positionierbar. Weiterhin können die Standarten aufeinander zu und voneinander weg positioniert werden. Es sind drei rotatorische Freiheitsgrade möglich, wobei zwei Rotationsfreiheitsgrade für fotografische Aufgaben genutzt werden können. Und zwar sind Rotationen einer Standarte in horizontaler und vertikaler Richtung möglich, um die Bildschärfe nach dem scheimpflugschen Prinzip zu dehnen.

Bei der Erfindung ist es unerheblich, welche der beiden Standarten ortsfest, z.B. auf einem Fotostativ, befestigt wird. Sowohl die hintere Standarte kann auf ein Stativ befestigt werden und somit die vordere Standarte bewegt werden als auch umgekehrt.

Alle sechs längenveränderlichen Streben, die zusammen die Standarte räumlich positionieren, sind baugleich. Zwei der beschriebenen Kameraeinheiten miteinander kombiniert, erhöht die Anzahl der Freiheitsgrade der Standarten.

Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise die Parallelstruktur der in sechs in ihren Längen veränderliche Streben. Sie sind so angeordnet, daß sich eine Durchtrittsöffnung innerhalb der Streben ergibt, die in vorteilhafter Weise als Strahlendurchgang zwischen Objektiv und Filmebene in der Erfindung genutzt wird. Die Gelenke der Streben sind in vorteilhafter Weise in der Standarte auf einer Ebene positioniert. Grundsätzlich sind auch andere Positionen außerhalb dieser Standartenebene möglich. Die räumliche Anordnung der Anlenkpunkte der Streben kann somit auch auf unterschiedliche Raumpositionen verteilt werden.

Durch die parallele Strukturierung der Erfindung, die auch als Hexapod bezeichnet wird, wirken im wesentlichen nur Zug- und Druckkräfte auf die Streben. Daraus ergibt sich eine hohe Struktursteifigkeit der Kamera. Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die selbsttragende Konstruktion der Streben nur eine Standarte ortsfest montiert werden kann. Die Streben verbinden und tragen in vorteilhafter Weise die Standarten, zum anderen verleihen sie den Standarten ihre Bewegung. Die sechs Streben der Kamera bewirken eine Vergleichmäßigung der Kräfte zwischen den Standarten. Eine Aufteilung der translatorischen und rotatorischen Bewegungen auf baulich unterschiedliche Führungen und Lager entfällt. Durch die Struktur wird eine hohe und reproduzierbare Ortsgenauigkeit der Standarten zueinander erzielt. Durch die elektronische Steuerung kann dieser Vorgang beliebig oft wiederholt werden.

Durch die gleichmäßige Kräfteverteilung auf die Standarten können die Streben leichter gebaut werden, was sich vorteilhaft auf das Kameragewicht auswirkt. Die Vielzahl an gleichen Bauteilen an standardisierten Streben, Gelenke und Antriebe wirkt sich vorteilhaft auf eine rationelle Montage der Kamera aus.

Die Freiheitsgrade und somit die Verstellbarkeit der parallel strukturierten Kamera lassen sich mit Hilfe von herkömmlichen seriellen Verstelleinheiten erweitern oder integrieren. So kann die Erfindung vorteilhaft mit einer herkömmlichen Fachkamera kombiniert werden. Die Erfindung kann hier eine herkömmliche Standarte ersetzen. Werden zwei parallel strukturierte Kameras miteinander kombiniert, so erhöht sich die Anzahl der Freiheitsgrade. Es entsteht eine Hexapodkamera mit einer um 5 Achsen beweglichen Vorderstandarte einem verbindendem Mittelteil und einer um 5 Achsen beweglichen Hinterstandarte.

Da die Position der Vorderstandarte über sechs elektronisch angesteuerte in ihren Längen veränderliche Streben verändert wird, ist auch die Rotationsachse nicht auf eine mechanische Achse beschränkt, sondern sie ist auch außerhalb der optischen Achse möglich. Baulich nicht an eine bestimmte Abfolge von mechanischen Achsen gebunden, ist die Schwenkung, z.B. um den Fußpunkt der Standarte möglich. Selbst eine Schwenkachse, die nicht die Ebene der

Objektivstandarte schneidet, ist möglich. So kann das Objektiv unabhängig von seiner geometrischen Lage zur Objektivstandarte um seine Hauptebene geschwenkt werden. Auch Objektive mit kurzer Brennweite, die zur Rückstandarte hin montiert werden, können so geschwenkt werden, daß der Schwenkpunkt in der Hauptebene des Objektivs liegt.

Es können die zur Fotografie erforderlichen unterschiedlichen Objektive und Filmkassetten oder Zwischenringe mit der Kamera kombiniert werden, bei der jede Komponente mit einem Mikroprozessor versehen ist. Auf diesem sind individuelle geometrische und optische Daten der einzelnen Komponenten gespeichert. Sie könne an eine an der Kamera befindliche CPU oder an eine externe am Rechner befindliche CPU weiter geleitet werden. So können alle aktuellen Daten der Kamera verrechnet und für die Verstellung der Streben berücksichtigt werden.

Die Erfindung und ihre Vorteile wird durch die Figuren 1 bis 4 und die nachfolgenden Ausführungen beschrieben.

Figur 1: Darstellung der Kamera

Figur 2: Darstellung von zwei gemeinsamen Hexapodenkameras

Figur 3: Darstellung der längenveränderlichen Strebe mit Mutter-Spindel-Einheit und Antrieb

Figur 4: Darstellung unterschiedlicher Drehachsen der Vorderstandarte innerhalb und ausserhalb der Standartenebene

Figur 1 zeigt die Erfindung, die aus einer Objektivstandarte 1, einer Bildstandarte 2 und sechs in ihren Längen veränderlichen Streben 3 besteht. Jede Strebe 3 ist durch je zwei Gelenke 4 mit den Standarten 1und 2 beweglich verbunden. Die hier nicht näher beschriebenen Gelenke 4 können unterschiedlich ausgeführt sein. Ein großer Arbeitswinkel kann etwa durch Kugelgelenke oder Kreuzgelenke erreicht werden. Das genaue Positionieren der Standarten 1und 2 zueinander wird durch ein geringes Spiel der Gelenke 4 erhöht. Ein flexibler Balgen 10, der hier der besseren Anschauung wegen nicht komplett dargestellt ist, schließt umlaufend zwischen den Standarten 1 und 2 die Erfindung lichtdicht ab. An der vorderen Standarte 1 kann ein Objektiv 6 entweder fest montiert werden, oder wie hier ausgeführt, auf einer Objektivplatine 7 lösbar montiert werden. Dadurch können auch die unterschiedlichsten Objektive und Objektivtypen mit der Erfindung verwendet werden. Der Adapter 8 ist mit der Rückstandarte 2 lösbar verbunden und je nach Ausführung universell verwendbar. Als Beispiel ist hier ein Filmmagazin 9 gezeigt, das ebenso durch z.B. eine Mattscheibe, die zur Bildkontrolle dient, eine Spiegelreflexkamera oder Zwischenringe ersetzt werden kann. Dabei ist es unerheblich, ob die Standarten 1 und 2 , Objektivplatine 7 und Adapter 8 wie in Figur 1 kreisförmig ausgeführt sind. Die Standarten 1 und

2 können auch andere äußere geometrische Formen aufweisen. Die Streben sind zwischen den Standarten 1und 2 umlaufend so angeordnet, daß sich zwischen je zwei Streben eine Dreieckstruktur ergibt. Die Erfindung betreffenden Ausführungen zum Antrieb können Spindel-Mutter-Systeme sein, bei denen entweder die Spindel oder die Mutter angetrieben wird. Die Antriebe können weiter mit einem Servomotor, Linearmotor, oder Servomotor mit Getriebe ausgeführt werden.

Da sich die Standarten 1 und 2 im kartesischen Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Koordinate bewegen sollen, die Sieben 3 jedoch durch die Gelenke 4 um eine vorgegebene Rotationsachse schwenken, wird auf Grund der parallelen Struktur eine elektronische Steuerung und Regelung der Strebenlängen erforderlich. Die elektronische Regelung bietet den Vorteil, alle weiteren Komponenten mit ein zu beziehen. Vorzugsweise kann ein hier nicht näher dargestellter Mikroprozessor direkt an ein Objektiv 6 oder auf der dazu gehörigen Platine 7 angebracht werden. Individuelle Parameter wie z.B. Objektivtyp, Brennweite, Bildkreis, Abmaße der hinteren Objektivlinse können hier gespeichert und an eine CPU zur Datenverarbeitung weitergegeben werden. Ebenso kann der Adapter 8 mit einem hier nicht näher gezeigten weiteren Mikroprozessor bestückt werden, auf dem die Parameter wie z.B. das Filmauflagemaß, Filmempfindlichkeit und Filmtyp, Kassettentyp oder Kameratyp gespeichert sind. Diese Parameter können an eine CPU weitergeleitet werden und mit den Bewegungen der Streben 3 berücksichtigt werden. Auch weitere Komponenten die an die Standarten 1 und 2 adaptiert werden, wie z.B. ein Zwischenring, kann, mit einem Mikroprozessor ausgestattet, mit einer CPU kommunizieren. Dabei sind alle Komponenten die einen Mikroprozessor besitzen durch einen Datenbus über Verbindungsleitungen parallel miteinander verbunden. Somit ist ein Daten- und Signalaustausch aller verwendeten Kamerakomponenten und deren Parameter möglich, die zur Steuerung der Streben 3 berücksichtigt werden sollen. Die CPU kann in hier nicht näher dargestellter Weise direkt als Bestandteil in der Erfindung oder über eine Schnittstelle extern auf einem Computer integriert sein. Die Erfindung kann über eine hier nicht näher dargestellte alphanumerische Tastatur oder eine PC-Tastatur oder einen Joystick oder einer Kombination daraus gesteuert werden.

Figur 2 zeigt ein mechanisches Grundgerüst, ohne lichtdichten Balgen, Objektiv und Filmkassette, von zwei miteinander gekoppelten Hexapodenkameras. Die vordere Standarte 21 ist über eine mittlere Standarte 22 mit der hinteren Standarte 23 verbunden. Zwischen den Standarten wirken Gelenke 4 und Streben 3 wie sie in Figur 1 beschrieben sind. Durch diese Anordnungen ergeben sich die oben genannten Vorteile und eine zusätzliche Erweiterung der Bewegungsfreiheitsgrade der Erfindung.

In Figur 3 ist eine der sechs längenveränderliche Streben als Spindel 11- Mutter 13- System dargestellt. Die indirekt angetriebene Spindel 11 wird durch einen Motor 15 über ein Kardangelenk 12 angetrieben. Der Motor 15 ist mit einer Standarte 1 verbunden. Die Mutter 13 ist mit einer Standarte 2 über das Kardangelenk 12a verbunden. Das Kardangelenk 12a ist über eine Gelenkeinheit

des Kardangelenks mit der Standarte 2 verbunden. So ist die Mutter 13 um einen Rotationsfreiheitsgrad um die Antriebslängsachse 14 eingeschränkt. Dadurch wird eine Drehbewegung der Spindel 11 in eine Längenänderung der Streben erreicht. Anders als im Ausführungsbeispiel gezeigt ist es auch möglich, die Position von Spindel 11 und Mutter 13 zu tauschen. So ist es möglich, an Stelle der Spindel 11 die Mutter 13 mit dem Motor 15 an zu treiben.

Als längenveränderliche Streben können auch hier nicht näher gezeigte Linearantriebe verwendet werden. Sie besitzen in vorteilhafter Weise lediglich zwei bewegliche Teile, Stator und Läufer. Diese Antriebe, mit einer elektronischen Positionssensorik im Statorgehäuse ausgestattet, können ebenso platzsparend zwischen den Standarten montiert werden. Sie können mit vielen Gelenktypen kombiniert werden, da nur eine lineare Bewegung vom Antrieb ausgeführt wird.

Figur 4 a-c zeigt lediglich drei aus einer Vielzahl an möglichen Drehachsen der beweglichen Standarte 1, die über Gelenke 4 und Streben 3 mit der hinteren Standarte 2 beweglich verbunden ist. Durch die parallele Struktur ist die Standarte 1 nicht auf vorhandene mechanisch definierte Drehachsen angewiesen. Vielmehr kann hier eine Drehachse im Raum frei gewählt werden. So sind mit der Erfindung Drehachsen mit dem Abstand +&Dgr; vor der Standarte und mit dem Abstand - &Dgr; hinter der Standarte möglich. Dies wird in Figur 4a verdeutlicht, bei der die Standarte 1 um die Drehachsen R1, R2 und R3 längs der optischen Achse 19 geschwenkt werden kann. Es sind Drehachsen möglich, die eine konstante Beabstandung zur Standarte 2 und deren Ebene aufweist. In Figur 4b ist ein Objektiv 18 gezeigt, das vor der Standarte 1 mit dem Abstand + &Dgr; in seiner Hauptebene H um die Drehachse R1 relativ zur Optischenachse gedreht wird. In Figur 4c ist ein Objektiv 20 gezeigt, das mit dem Abstand -&Dgr; zwischen der Standarte 1 und 2 um die Hauptebenen H gekippt wird. Die Objektive werden um die Achsen gedreht, um z.B. eine Schärfendehnung nach Scheimpflug zu erreichen. Außer den Drehachsen, die in der Figur 4a gezeigt werden, sind durch die Erfindung weitaus mehr Drehachsen, die vor auf und hinter der Standarte 1 liegen, möglich.

Claims

1. Fotografische Kamera mit Vorderstandarte und Rückstandarte, bei der beide Standarten über sechs unabhängig voneinander in ihren Längen veränderliche Streben verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strebe mit einem Anlenkpunkt an der Vorderstandarte und mit dem anderen Anlenkpunkt an der Rückstandarte so befestigt ist, daß die Streben zwischen den Standarten umlaufend angeordnet sind, so daß die Standarten in drei translatorische Freiheitsgrade, drei rotatorische Freiheitsgrade gegen einander beweglich sind und die in ihren Längen veränderlichen Streben zwischen Vorderstandarte und Rückstandarte einen Raum bilden, der als Strahlendurchtrittsöffnung genutzt wird.

2. Fotografische Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in sechs Längen veränderlichen Streben mit ihren Enden an der Vorderstandarte und Rückstandarte so angeordnet sind, daß sich zwischen je zwei benachbarten Streben eine dreieckige Struktur ergibt.

3. Fotografische Kamera nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kamera nach Anspruch 1 mit ihrer einen Standarte mit der Standarte einer zweiten Kamera nach Anspruch 1 verbunden ist.

4. Fotografische Kamera nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderstandarte ein abbildendes System, eine Linse, ein Objektiv mit manueller oder elektrisch gesteuerter Fokussierhilfe, angebracht werden kann.

5. Fotografische Kamera nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rückstandarte ein bildaufzeichnendes System, ein fotografischer Film, ein Filmmagazin, ein Kameragehäuse, eine Filmkamera, ein CCD-Flächensensor, ein CCD- Zeilensensor, eine Mattscheibe oder ein Suchersystem angebracht werden kann.

6. Fotografische Kamera dadurch nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibler Balgen zwischen Vorderstandarte und Hinterstandarte so angebracht ist, daß er den Raum zwischen beiden Standarten nach außen hin lichtdicht abschließt.

7. Fotografische Kamera nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb direkt auf die Längenveränderung der Streben wirkt.

8. Fotografische Kamera nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb an der Standarte angebracht ist und die Strebe indirekt über ein Kardangelenk antreibt.

9. Fotografische Kamera nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die längenveränderlichen Streben aus Linearmotoren bestehen, die sich aus Statorgehäuse und Läufer zusammen setzten.

10. Fotografische Kamera nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorderstandarte und der Rückstandarte mit einer CPU Daten ausgetauscht werden, die zur Steuerung der längenveränderlichen Streben dienen.