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Optische Äbtastanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine optiscbe
Abtastanordnung. Sie bezieht sich insbesondere, jedoch nicbt ausschließlich, auf
die Verwendung derartiger Anordnungen in Panoramakameras.
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Panoramakameras können z. B. für 1(uftaufklärungszwecke verwendet
werden, und für eine Verwendung unter solchen Bedingungen sollte eine Panoramakamera
gewisse wünscbenswerte Eigenschaften aufweisen. Z. B. sollte der Gebrauch von Filmen
wirkungsvoll sein, die Kamera sollte einen weiten Abtastwinkel haben, und die Möglichkeit
zur Erzielung Leicht zu betrachtender stereoskopiscber Bilder sollte zur Verfügung
stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte optische
Abtastanordnung zu schaffen, die bei Verwendung
in einer Panorama
kamera zur Verbesserung einer der oben genannten Eigenschaften führt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ge-Löst durcb eine
Drebanordnung in dem Pfad einfallenden Lichts und eine Einrichtung zur Auswabl eines
TeiLes von aus der drehbaren Anordnung austretenden Lichts in Abbängigkeit von der
Winkellage der Anordnung, wobei die Anordnung mehr als zwei gleiche optische Teile
aufweist, die so relativ zueinander angeordnet sind, daß sie einen abweicbenden
Pfad wenigstens für den ausgewählten Teil des Lichts bilden.
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Um einen weiten Abtastwinkel zu liefern, verwenden Panoramakameras
gewöhnlich eine drehbare Anordnung, die aus einem Paar von gleichen rechtwinkligen
Glasprirnen besteht, wobei die Hypotenusen einander gegenüberliegen, entsprechend
einer Anordnung, die als nDoppel-Dove-Prisman bekannt ist. Die Prismen werden um
eine Acbse gedreht, die zentral durch die Anordnung und parallel zu den beiden Hypotenusen
verläuft, und mit dem Ausdruck wDoppel-Dove-Prisma" soll nachfolgend eine solche
Anordnung bezeichnet werden.
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Die Prismenanordnung wird gleichmäßig unterhalb einer stationären
Linse gedrebt, über der Film gleichmäßig hinter einem stationären Schlitz vorbeibewegt
wird.
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Entweder kann ein schmaler Luftraum zwischen den beiden rechtwinkligen
Prismen dafür sorgen, daß eine innere
Totalreflexion an der entsprechenden
Hypotenuse auftritt, oder es können die Hypotenusen aluminisiert sein und in engem
Kontakt stehen. Das auf die Szene über die Linse und das Prisma projizierte Bild
des Schlitzes definiert den ausgewählten Bezirk innerhalb der Szene, der bei irgendeiner
gegebenen Winkellage des Prismas auf den Film aufgezeichnet wird.
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Prismenanordnungen der beschriebenen Art können einen größeren Ablenkungswinkel
als 1800 liefern, falls dies erforderlich ist, vorausgesetzt, daß die Hypotenusen
alutohisiert oder in gleicherweise überzogen sind, für Luftpanoramakameras bestebt
jedoch lediglich eine Forderung für gewöhnlich 1800 oder weniger. Ist bei einer
Doppel-Dove-Prismenanordnung der beschriebenen Art der gesamte Abtastwinkel von
1800 erforderlich, so ist der Arbeitszyklus 50 k, d. h.
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daß 1800 ausgenutzterAbtastung 1800 unausgenutzter oder unwirksamer
Abtastung folgen. Dieser 360 0-Arbeitszyklus tritt während 1800 Prismendrebung auf,
und somit ergeben sich zwei Zyklen, jeweils mit 50 ffi Ausnutzung, pro Umdrehung
des Prismas. Ist der benötigte Abtastwinkel nur z. B. + 600 in bezug zur Vertikalen
oder 1200 insgesamt, so verringert sich der Arbeitszyklus auf 33 1/3 k. Dieser niedrige
Arbeitszyklus ist bei einer Hochgescbwindigkeitspanoramakamera von Bedeutung, da
das Prisma kontinuierlich rotiert und der Film kontinuierlich transportiert werden
muß, so daß sich
im Falle einer Gesamtabtastung von 1200 für jedes
entlang dem Film aufgezeichnete Bild ein anschließender unausgenutzter Bereich von
zwei Bild längen ergibt. Diese schlechte Ausnutzung des Films ist nicht nur in sich
wenig wirkungsvoll, sondern führt zu anderen Schwierigkeiten, z. B. großen, schweren
Filmspulen, großer Trägheit beim Ho.cblaufen der Filmspulen bis zu der richtigen
Geschwindigkeit und Verzögerungen bei Verarbeitung des Films nacb einem Erkundungsauftrag,
was alles bei Luftaufklärungszwecken besondere Bedeutung hat.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt eine rotierbare Prismenanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 1 in einer kritischen Winkelstellung, Fig.
3(a) und 3(b) zeigen schematisch Bilder, die auf einem Film mittels einer herkömmlichen
Kamera und mittels einer Kamera aufgezeicbnet sind, die eine Anordnung gemäß der
Erfindung verwendet, Fig. 4(a) und 4(b) zeigen im Schnitt und perspektivisch die
Lage von Abstandsstücken in einer Prismenanordnung,
Fig. 5(a) zeigt
eine Panoramakamera gemäß der Erfindung, Fig. 5(b) zeigt schematisch Bilder, die
mit der Kamera gemäß Fig. 5(a) aufgezeichnet sind, Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform
einer Panoramakamera gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine rotierbare Prismenanordnung 1 gemäß der Erfindung
im Pfad von einfallendem Licht sowie eine Linse 2 und einen Schlitz 4, die es selektiv
einem Teil des von der Prismenanordnung 1 austretenden Lichts gestatten, in AbhWngigkeit
von der Winkellage der Prismenanordnung auf einen Film 4 zu fallen. Vier rechtwinklige
Prismen sind so zusammengefügt, daß sie eine Gesamtform bilden, die wie das Doppel-Dove-Prisma
ein Quadrat ist. Die Hypotenusen der vier Prismen bilden die Seiten dieses Quadrats,
und die kürzeren Seiten, die nach innen weisen, sind geringfügig von ihren benachbarten
Seiten getrennt, jedoch nicht aluminisiert. Sie können jedoch beschichtet (vergütet)
sein, um unerwünschte Reflexionen zu verringern. Befinden sich die Prismen in der
Winkellage gemäß Fig. 1, so wird der einfallende Strahl a als b gebrochen. Er trifft
auf die nächste Oberfläche genügend unterhalb des kritischen Grenzwinkels und tritt
so als o aus. Er dringt in das folgende Prisma
ein und wird als
d parallel zu b gebrochen, trifft auf die nächste Oberfläche genügend oberhalb des
kritischen Grenzwinkels und erfährt eine totale innere Reflexion als e. Der Strahl
tritt schließlich als f aus, und zwar parallel zu dem einfallenden Strahl a. In
der anderen Hälfte der Anordnung ist ein einfallender Strahl E in gleicher Weise
hindurchgefübrt bis L, obwohl in diesem Falls die innere totale Reflexion in dem
ersten Prisma des Paares auftritt. Sind E und a parallel, so ergibt sich, daß L
und f in gleicher Weise parallel sind.
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Werden die Prismen nun um + e0 gedrebt, so beträgt die + 0 Strahlablenkung
+ 2e , vorausgesetzt, daß die Bedingungen an den passenden Oberflächen für totale
innere Reflexion und für Ubertragung günstig sind. Da die Prismenanordnung nun aus
vier gleichen Teilen besteht anstatt aus zwei, und da sie zwei Symmetrieacbsen rechtwinklig
zueinander bat, so folgt, daß ein Arbeitszyklus für jede 900-Drebung vorhanden ist,
d. h. daß jetzt vier Abtastungen pro Prismendrehung anstelle von zwei auftreten.
Das erhöbt den Betriebszyklus um den Paktor 2 und verdoppelt die Zahl von Bildrn,
die entlang einer bestimmten Filmlänge aufgezeichnet werden.
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Wegen der ausnutzung der totalen inneren Reflexion und der Breohung
an aufeinanderfolgenden Flächen hat die Prismenanordnung eine Grenze in dem AusmaB,
wie eine Abtastung
ausführbar ist; diese Grenze hängt von den kritischen
Grenswinkeln des betreffenden Glases ab. Der kritische Grenzwinkel für Glas mit
einem Brechungsindex 1,5 beträgt ungefähr 420, und Fig. 2 zeigt das Prisma, das
um einen entsprechenden Winkel 0 aus der Lage in Fig. 1 gedrebt ist, derart, daß
die Grenzlage erreicht ist. Für Luft gilt bei einem Einfallwinkel i und einem Brechungswinkel
r, daß der Brechungsindex des Glases (angenähert) = sin i/sin r ist, so daß für
kleine Winkel ungefähr gilt i/r = 1,5. Blickt man von der Linse aus aufwärts, so
ist Strabl a mit 4,50 zur Normalen auf b mit 30 zur Normalen gebrochen. Strahl b
trifft auf die nächste Oberfläche mit 480 zur Normalen und wird als c reflektiert,
der dann auf die dritte Oberfläche mit 420 zur Normalen trifft.
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Dieser kritische GrenzwinteL und die geringe Änderung führt in der
einen und in der anderen Weise entweder zu einem übertragenen Strahl d1, der sich
als e1 und dann f1 fortsetzt, oder zu einem reflektierten Strahl d2, der als e2
austritt. Dise Grenzbedingung tritt, wenn a als e2 oder f1 abgelenkt wird, auf,
wenn das Prisma sich um p = 40,50 aus der Anfangslage gemäß Fig. 1 gedreht hat.
Es ergibt sich somit, daß ein gewisser Spielraum der Extreuwerte der Abtastung möglicb
ist, ein wirksamer Betrieb jedoch nur über z. 3. t 380 der Prismendrebung erzielbar
ist, oder um + 760, d. h. 1520 der totalen Äbtastablenkung. Der wirksame Arbeitszyklus
beträgt daher 84 %.
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Ist es erwünscht, nur 120 insgesamt abzutasten, so beträgt der wirksame
Arbeitszyklus 66 2/3 % gegenüber 33 1/3 % für ein Doppel-Dove-Prisma. Sig.3(a) zeigt
Bilder, die mit einem herkömmlichen Doppel-Dove-Prisma aufgenommen sind und Fig.
3(b) BiLder, die mittels einer Prismenanordnung gemäß der Erfindung bei identischer
Filmtransportgesebwindigkeit und identischer Prismenrotationsgesohwindigkeit aufgenommen
sind, unter der Annahme, daß 1200-Bilder beim Öffnen und Schließen passender Blenden
belichtet sind.
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Ist ein ibtastwinkel von 1800 oder größer gewünscht, so kann die
152 0-ibtastung der Prismenanordnung durch Kameras mit fester Blickrichtung vervollständigt
werden, die an den Extrempunkten der Abtastung angeordnet sind und vorsugsweise
das Blickfeld der Abtastanordnung geringfügig über lappen.
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Um die Prismenflächen um eine Entfernung £ (Fig. 1), z. B. 0,025
mm, im Abstand zu halten, sind schmale Streifen passenden Materials in der in Fig.
4 gezeigten Weise eingesetzt. Jedes mit der Oberfläche in Kontakt stehende Material
verbindert jedoch sofort totale innere Reflexion, und einige gewünschte Strablen
gehen so verloren; dieser Verlust ist insbesondere dann stark, wenn die Linse bei
kleiner Blende arbeitet.
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Um diesen Naobteil zu vermeiden, sind schmale Streifen entlang den
kurzen Seiten jedes Prismas vollständig in der in den Big. 4(a) und 4(b) gezeigten
Weise aluminisiert, und eine dünne Schicht von Folienmaterial dient zur Trennung.
Die aluminisierten Streifen können auch genügend dick gemacht werden, am eine ausreichende
Trennung zwischen den Gläsern zu erzielen, damit innere Totalreflexion an den aluminisierten
Bezirken auftritt. Der aluminisierte Bereich kann nach innen bis zu einem Punkt
ausgedehnt werden, der noch einen freien Durchlaß eines übertragenen Strables gestattet,
falls erforderlich, und gleichzeitig eine Reflexion sioherstellt, falls erforderlich.
Darüber binaus können Strahlen zit Winkeln außerhalb des gewünschten Teiles des
einfallenden Lichtes nicht in das Linsenfeld des Bliokwinkels einfallen.
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Eine andere mögliche Methode, die Prismen voneinander im Abstand
zu halten, besteht darin, den gesamten Bezirk der kürzeren Flächen der Prismen mit
einem transparenten Material mit passendes Brechungsindex zu tbersieben und dann
die Prismen miteinander zu verbinden, z. B. durch thnadabalsam. In diesem Falle
ist keine Aluminisierung erforderlich und wird z. B. Magnesiumfluorid als Überzugsmaterial
verwendet, das einen Brechungsindex von 1,33 hat, und ein doppeltes, extra dichtes
Flintglas mit einem BreobungÇindex von 1,927 für die Prismen, so wird der kritische
Grenzwinkel
auf ungefähr 450 erhöht, so daß der gesamte Abtastwinkel
erhöht wird.
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Eine einfache Panoramakamera mit einer optischen Abtastanordnung
gemäß der Erfindung verwendet eine Linse und ein "quadra"-Abtastung-Prisma zur Erzeugung
von vier Bildern pro Umdrehung des Prismas. Die Prismengeschwindigkeit und die einpassung
der Filmtransportgeschwindigkeit können so gewäblt werden, daß siob aufeinanderfolgende
Bodenfelder jeweils geringfügig überlappen, so daß eine mitlaufende Spurenkontinuität
siobergestellt ist. Die Geschwindigkeiten können auch bis zu einem solchen Maße
erhöht werden, daß beträchtliche Überlappungen zwischen aufeinanderfolgenden Feldern
auftreten, in welchem Falle irgendwelche zweier aufeinanderfolgender Bilder ein
stereoskopisches Paar bilden. Ein spezielles Stereoskop ist jedoch erforderlich,
da der Bildwinkel die Trennung zwischen den Pupillen übersteigt und da die Bilder
jeweils um 900 korrigiert werden müssen, um die ursprünglichen Parallaxenverhältnisse
wieder herzustellen.
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Die zuvor beschriebene einfache Kamera benötigt bei Verwendung zur
Aufnahme stereoskopischer Bilder mehr Film als absolut notwendig, da sich alle benachbarten
Felder für Stereoskopie ausreichend überlappen müssen. Imine merkliche Verringerung
des Filmbedarfs ist möglich, wenn die Überlappung zwischen großen und kleinen Werten
wechselt;
ein stark überlappendes Paar bildet ein wStereopaar,
jedocb braucht das nächste Stereopaar das erste Paar nur geringfügig zu überlappen,
um eine Kontinuität der Bodenüberdeokung sicherzustellen.
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Diese Form der Arbeitsweise kann mit einer kamera ersielt werden,
die zwei Linsen und zwei "quadra"-Abtastung-Linsen in der in Fig. 5(a) dargestellten
Weise verwendet.
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Zwei Prismen 5 und 8 können sich in den gezeigten Richtungen drehen.
Jedes Prisma arbeitet mit einer Linse 6 bzw. 9 zusamgen sowie mit einem Schlitz
7 bzw. 10. Ein Film 11 wird in der gezeigten Richtung von einer Speisespule 12 zu
einer Iufnabmespule 13 bewegt.
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Es sei nun die Wirkung der Linse 5 für wquadra"-Abtastung betrachtet.
Je nach der Ausbildung des Gehäuses, in dem die Anordnung entbalten ist, fällt Licbt
aus einer Vielzahl von Richtungen auf das Prisma. Die im wesentlichen aus all diesen
Richtungen einfallenden Strahlen folgen grundsätzlich den Pfaden durch das Prisma,
die durob ihre Einfaliswinkel bestimmt sind und treten aus dem Prisma aus, jedoch
nur jene aus einer bestimmten Richtung (Winkel 1 zur Vertikalen in diesem Falle)
fallen auf die Linse 6 mit dem richtigen Winkel, die auf dem Film 11 über den Schlitz
7 abgebildet werden sollen. Der Schlitz 7 und die Linse 6 bilden so eine Auswahleinrichtung,
um nur einen Teil des aus dem Prisma 5 austretenden Lichts auf den Film 11 zu
richten.
Da sich das Prisma drebt, wird durch die Linse und den Schlitz Licht aus aufeinanderfolgenden
Winkeln innerhalb des Betrachtungsfeldes zu dem Film 11 geleitet. Prisma 8, Linse
9 und Schlitz 10 arbeiten in gleicher Weise zusammen.
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Prismen 5 und 8 drehen sich asynchron, jedoch folgt Prisma 8 dem Prisma
5 um den Winkel /.a>+ ß/ nach, was für die über die Linsen 6 und 8 jeweils aufgezeichneten
Bilder ausreicht, um stereoskopisohe Paare zu bilden, wie das in bezug zu Fig. 5(b)
beschrieben wird. Die Linsen und Prismen sind in der Richtung parallel zu den Drehachsen
der Prismenanordnungen getrennt, so daß die von einer Linse aufgenommenen Bilder
neben denen von der anderen Linse aufgenommenen Bildern auf einem breiten Film in
der in Fig. 5(b) gezeigten Weise plaziert werden. Bei dieser Kamera sind die Film-
und Prismengeschwindigkeiten verringert, so daß eine mäßige Überlappung des Bodenfeldes
für die Bilder jeder Linse auftritt; eine hohe Stereoüerlappung zwischen entsprechenden
Bildern der beiden Linsen wird durch Verwendung eines geringen Winkelversatzes /cL+
ß/ zwischen den beiden Prismenanordnungen erzielt.
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Ein Vorteil dieser Kamera bestebt darin, daß, da die Stereopaare
Seite an Seite nebeneinanderliegen anstatt Ende an Ende, sie einfacb durob ein simples
Stereoskop überbrückt werden können; die Bilder verschmelzen dann
korrekt,
da die Parallaxe für eine direkte Betrachtung in der ricbtigen Orientierung liegt.
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Als weitere Abwandlung der Anordnung können zwei Linsen rund um ein
einziges Prisma zur quadra-Abtastung angeordnet sein. Wegen des durch den kritischen
Grenzwinkel bedingten Abschneideffekts können die Linsen im vorliegenden Fall jedoch
nicbt um mehr als ungefähr 16O zu jeder Seite der Vertikalen gespreist werden, und
zwar für Glas mit einem Brechungsindex von 1,5 und einer ausnutzbaren Abtastung
von 1200. Dies führt zu einer extrem kleinen Luftbasis.
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Diese Kamera ist in Fig. 6 gezeigt. Eine Linse 15, ein Schlitz 17,
eine Linse 16 und ein Schlitz 18 bilden zwei Auswahlmittel zur Auswahl von Liobt,
das gleichzeitig aus Prisma 15 mit zwei verschiedenen Winkeln austritt. Die Linsen
sind wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5 axial getrennt.
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Es findet ein breiter Bilm Verwendung, und die Stereopaare sind näherungsweise
Seite an Seite angeordnet ; das Stereoskop ist geringfügig komplizierter als das
für die Kamera mit einer Zweiprismenanordnung, was eine geringfügige Versetzung
mittels Prismen oder Spiegel erforderlich macht, um die Bilder auszurichten. Der
Film kann auch getrennt und wieder vereinigt werden, derart, daß alle Bilder getreu
fluchten, so daß das einfachste Stereoskop verwendbar ist. Als weitere Ausführungsform
kann die Kamera auf zwei Filme aufzeiobnen,
die Seite an Seite
liegen und auf zwei getrennten Spulen auf einer gemeinsamen Achse gebalten sind.
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- Ein weiterer Vorteil besteht bei dieser Kamera darin, daß ein einziges
Fenster in dem Flugzeug oder der Kapsel ausreicht, im Vergleicb zu zwei Fenstern
oder einem sebr großen Fenster für eine Zweiprismenkamera.
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Die Prismenanordnung mit "quadra"-Abtastung gemäß der Erfindung kann
aucb in anderen Formen einer Panoramakamera verwendet werden. Darüber hinaus können
Zeilen- oder Streifenabtaster, Filmaufzeichner und andere optisohe Systeme, in einigen
Bällen eine optische Äbtastanordnung gemäß der Erfindung, verwendet werden.