EP2614635A1 - Kamerasystem und verfahren zur einstellung eines kamerasystems - Google Patents

Kamerasystem und verfahren zur einstellung eines kamerasystems

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Publication number
EP2614635A1
EP2614635A1 EP10754488.4A EP10754488A EP2614635A1 EP 2614635 A1 EP2614635 A1 EP 2614635A1 EP 10754488 A EP10754488 A EP 10754488A EP 2614635 A1 EP2614635 A1 EP 2614635A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
lens
plane
carrier
scene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10754488.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Gfeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2614635A1 publication Critical patent/EP2614635A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
    • G03B3/10—Power-operated focusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B5/02—Lateral adjustment of lens
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a camera system with a lens carrier, a lens, which a
  • Lens level determines and with an image converter carrier, which defines an image plane, the lens carrier and
  • Image converter carrier are mounted to be movable relative to each other and are operatively connected to each other by means of each driver controlled so that they are translationally displaceable relative to each other in the direction of the focal axis of the lens.
  • Such camera systems are e.g. from WO 95/15054 and CH 666 756.
  • lens carrier and image converter carrier are pivotable with respect to systemses- or grogepurfester tilt axes.
  • the lens carrier is pivotable about an object plane axis on the camera system according to the invention, which is located in the objective plane and whose position in the
  • Lens level is selectable at least within wide limits and / or it is the image converter carrier to a
  • Image converter plane axis pivotable in the image plane lies whose position in the image plane is selectable at least within wide limits.
  • Camera system at least one of the mentioned carrier
  • a very high flexibility is achieved relative to be carried out relative movements of lens level and image plane on the camera system according to the invention.
  • the aforementioned pivoting movement about the respective selectable axis on the system according to the invention can also be carried out without additional change in the relative position of the two planes.
  • Camera system is the lens mount or the
  • Image converter carrier mounted on the system carrier or camera housing. Accordingly, the image converter carrier or the lens carrier is mounted on the lens carrier or image converter carrier.
  • one of the carriers namely the one which is mounted on the system carrier or camera housing, forms the basis for the storage of the other carrier.
  • one of the two carriers is mounted on the other carrier and it is therefore its storage regardless of the design of the system carrier or camera body.
  • Lens carriers are mounted.
  • this system may be formed, for example, by a tripod, as shown for example in CH 666 756.
  • the system carrier is the camera body in a compact camera.
  • Camera systems include the controlled drivers
  • Linear actuators the articulated preferably via ball and / or universal joints on the one hand on the lens carrier
  • Image converter carrier accomplished by means that act between the mentioned carriers, which is largely
  • Lens carrier or image converter carrier on an N-corner and, accordingly, either on the image converter carrier or on
  • Lens carrier an M-corner. It is a good one
  • Embodiment when m -. It then defines on Lens carrier or the image converter carrier of each this
  • Carrier-facing end joint of a linear actuator one corner and, correspondingly, on the other carrier, image converter carrier or lens carrier, define in each case two end member facing the latter carrier together, i. structurally at least approximated united, a corner. It is good to provide an even number of linear actuators, preferably six.
  • the mentioned linear actuators comprise in one
  • the spindle drives mentioned are driven by an electric motor, preferably Gleichstromommo- or
  • stepper motor-driven Next are preferred.
  • Position taker preferably rotational angle taker, more preferably absolute Drewinkelelnoper operatively connected to the spindle drives. With the help of the mentioned position taker is possible to determine information about the current spindle drive extension length and continue to use,
  • the camera system according to the invention is a specialist camera with bellows-connected image converter carrier and objective carrier, as shown for example in CH 666 756, then it is possible to realize the mentioned relative movement by the movement of the image converter carrier and / or by the movement of the obj ektivifs. Is that, on the other hand
  • Camera system a compact camera or more generally a camera with housing fixed or only translationally movable lens, then the mentioned relative movement is realized solely by mobility of the image converter carrier.
  • the camera system comprises a scene point selection unit and a programmed calculation unit.
  • Arithmetic unit are with outputs of
  • Scene point arbitration unit operatively connected, and it are the outputs of the arithmetic unit with control inputs for the driver operatively connected.
  • Information about the selected scene points is output by the programmed arithmetic unit, as will be explained later, control information by means of which the drivers are driven for a predefinable camera system setting.
  • the sharply pictured scene level is often called
  • Sharpness level called.
  • the objective level is the
  • the Scheimpflug rule now states more precisely that the scene plane of the object-side objective plane should intersect at the same distance from the axis of the objective, as the image plane should be with the image-side objective plane, and that both intersecting lines should be parallel to each other.
  • the Scheimpflug rule can be optimally fulfilled for arbitrarily selected scene levels.
  • Camera system programmed so that the driver so controlled due to the input of three different scene points at the scene point arbitration unit be that the three pixels of the scene points are simultaneously displayed sharply on the image plane.
  • the arithmetic unit is programmed such that the drivers
  • the arithmetic unit is programmed so that the driver due to the input of the second of the three
  • Scene points are controlled at the scene point arbitration unit so that the lens carrier to a first
  • Lens main point extends and which is at least approximately perpendicular to the plane given by the image-side objective main point and the first and the second pixel of the first and second
  • Scene point is pivoted to a position in which the second pixel in the image plane is in focus.
  • the arithmetic unit is further programmed such that the drivers are driven on the scene point arbitration unit due to the input of the third of the three scene points such that the lens carrier is formed about a second objective plane axis formed at least approximately by the intersection line. in front of the current image-side main objective plane and the plane given by the first and second pixels and the image-side objective principal point, is pivoted into a position, in which also the third
  • Pixels in the image plane is in focus.
  • the lens carrier is moved around the respective one
  • Scene points are controlled at the scene point arbitration unit so that the image converter carrier to a first
  • Image plane axis passing through the first pixel of the first scene point and at least approximately perpendicular to the straight line through the first and the second pixel of the first and the second scene point is pivoted to a position in which the second pixel is focused in the image plane.
  • Arithmetic unit programmed so that the drivers due to an input of the third of the three scene points at the
  • Scene point selecting unit be controlled so that the image converter carrier about a second image plane axis, which is at least approximated by the first and the second
  • Pixel of the first and second scene point runs is pivoted to a position in which the third pixel in the image plane is in focus.
  • the present invention relates to a
  • Camera system setting method by means of which the law of Scheimpflug on the system is fulfilled for a selectable scene level.
  • the camera system according to the invention mentioned at the beginning is particularly suitable.
  • Image converter carrier of the camera system the image of a first, freely selectable scene point on the image plane sharp
  • Image converter carrier around a first image plane axis in the image plane, the image of a second, freely selectable
  • Sharp position or the image of the first scene point the sharp position has been made by the mentioned translational relative movement.
  • Image converter carrier around a second image plane axis in the image plane, the image of a third, freely selectable
  • the second objective plane axis is selected such that it is formed, at least approximately, by the intersection line, from the current image-side objective main plane and the plane which is given by the first and second image point and Image-side objective main point.
  • Image plane axis chosen so that it by the first
  • Pixel of the first scene point is at least approximately perpendicular to the line through the first and the second pixel of the first and second
  • Image plane axis selected so that it passes through the first and the second pixel of the first and second scene point.
  • Scene point inputs automatically determined, preferably also the pivoting movements and / or the translational relative movement.
  • FIG. 1 in perspective, schematically and simplified, a
  • FIG. 2 in a representation analogous to that of FIG.
  • inventive method is realized in a second variant
  • FIG. 3 in a representation analogous to Figs. 1 and 2, a further embodiment of the inventive camera system, by means of which the
  • FIG. 5 schematically, an embodiment of a
  • Linear actuator as shown in the camera system according to FIG. 4 e.g. used;
  • FIG. 8 in a representation analogous to that of FIG. 7, the positional assignment of the image plane and the objective plane in a further embodiment of the invention
  • Fig. 1 is a perspective, purely schematic and
  • Camera system according to the invention is an objective 3
  • the objective 3 mounted on the objective carrier 1 defines the position of an objective plane E 0 .
  • Lens level is one of the two main levels defined on a lens. From the general point of view considered one for now
  • Objective level E 0 can thus correspond to either the scene-side or the image-side objective main plane.
  • Fig. 1 is schematically with a further 5
  • System carrier for the camera system shown in a compact camera, the camera body, in a professional camera, the system, what lens unit on the one hand and
  • Image converter unit on the other hand, usually bellows connected, are mounted.
  • the lens carrier 1 is provided with a driver arrangement 7 which, like ST 7
  • Driver arrangement 7 is not identical to the system carrier 5. With the aid of the driver arrangement 7, which acts on the objective carrier 1, the objective plane E 0 is pivoted about an objective plane axis A 0 to an extent which is predetermined by activation ST 7 for the driver arrangement 7 - a 0 . In addition, the position of the axis A 0 in the lens plane E 0 is freely selectable and is given by appropriate control ST 7 of the driver assembly 7. In Fig. 1 is the selectability and thus variability of the position of the pivot axis A 0 with A 0 'and Verstelldoppelpfeil ⁇ 0 shown schematically.
  • the driving device 7 the position is determined by the control ST 7 on the one side of the axis A 0 is set in the objective plane E 0 and also the measure of - ⁇ - which the object plane E is 0 to said axis A to pivot 0th
  • the pivoting movement and axis position selection is effected by controlled movement of the lens carrier 1 by means of the driver arrangement 7.
  • Fig. 2 is a representation analogous to that of
  • Fig. 1 shows a further embodiment of a
  • Image converter carrier 10 carries an image converter 12. The latter defines the image plane E B.
  • the image converter carrier 10 is in complete analogy to the lens carrier 1 according to FIG. 1 with a driver arrangement 17 at control inputs STi 7
  • 15 denotes the system carrier of
  • Driver assembly 17 the image converter carrier 10 by a respective needs, freely selectable - ⁇ ⁇ - image plane axis A B pivots, - a B -. According to the comments on the figures 1 and 2 is
  • Object levels E 0 and E B image plane is set by the fact that the aforementioned one plane E Q and / or E B is pivoted about a selectable, located in the corresponding plane axis, A 0 , B B , whose position within the mentioned Level E 0 and E B freely selectable - ⁇ , ⁇ -ist.
  • one of the carriers according to FIGS. 1 or 2 is designated as objective carrier 1 or image converter carrier 10 with Ti and, correspondingly, the other of the two carriers referred to in FIGS. 1 and 2, ie according to image converter carrier 10 or
  • Actuator 29 schematically, while the carrier T 2 with respect to acting as a reference system carrier system 25 or camera housing fixed or spatially arbitrarily adjustable mounted, depending on requirements translationally in one or more coordinate directions x 2 5, y 2 5, z 2 5 or pivotable about one or more of said axes. As indicated by T 2 (25) in Fig. 3, this is in any case the
  • the carrier Ti in turn is movable and positionable via the driver assembly 27.
  • the driver assembly 27 for carrier ⁇ acts between carrier T 2 - optionally
  • system carrier fix - and i In any case with respect to system carrier 25 adjusted position of the carrier T2, the relative position of the carrier i to T 2 on the
  • Driver arrangement 27 in their position freely selectable and also the measure by which the carrier Ti associated level, image plane E B or lens level E 0 , ATi is pivoted.
  • lens carrier 1 and image converter carrier 10 as the respective carrier ⁇ and T2 according to FIG. 3 via linear actuators 31, the
  • Each of the linear actuators 31 is terminal, as articulated by means of ball or universal joints, on the lens carrier 1 and image converter carrier 10 30 a, 30 b.
  • Simplified in Fig. 5 is a possible embodiment of the
  • the linear actuator 31a according to FIG. 5 is designed as a spindle drive. On the one hand, it has a joint part 30 a , on the other hand a
  • the spindle drive 31a preferably has an integrated motor drive 33, preferably an electromotive drive.
  • the drive 33 is preferably as a stepper motor or as
  • the drive 33 is controlled via a control input ST 3i .
  • Position taker 35 provided, preferably one
  • Absolutwinkelender comprehensive. Information can be called up at an output A 33 via the instantaneous extension length of the linear actuator, ie via the distance of the joint parts 30 a and 30 b.
  • Linear actuators 31 according to FIG. 4 can, practically only limited by the structural conditions, each
  • Fig. 4 are six
  • Linear actuators 31 which is a good embodiment. There are further on a support, as shown in FIG. 4 am.
  • Image converter carrier 10 as an example, the linear actuators articulated so that there spanning the joints an even-numbered n-corner, where n is an even number, according to FIG. 4 six.
  • this n-corner makes a good one
  • Fig. 4 shows a good embodiment of the arrangement of the linear actuators.
  • the joints of the linear actuators can span polygons with the same number of corners on both supports, or even the number of corners on the polygon of one support can be chosen to be smaller by the combined storage of the joints of only certain linear actuators than on the other support.
  • the polygons defined by the articulation points on the respective carriers also need not be approximated regularly, ie with sides of the same length and the same internal angles. But it is advantageous if the
  • Linear actuators are articulated together in one of the carrier according to FIG. 4 on the lens carrier 1, since they only have to approach required lengths precisely and do not have to drive extremely precise time-dependent trajectories which are exactly synchronized with trajectories of the other linear actuators.
  • the linear actuators 31 used are preferably all the same.
  • Image converter carrier 10 according to the carrier T 2 of FIG. 3 am
  • the lens mount is mounted with respect to the camera body, possibly in
  • Driver arrangement 27, formed by the linear actuators 31, the image converter carrier are pivoted about any axis in the image plane E B by a selected amount. This by respective, corresponding control of the provided driver arrangement 27, namely according to FIG. 4, of the six intended linear actuators 31.
  • FIG. 6 shows schematically a further embodiment of the camera system according to the invention
  • Fig. 6 the driver assembly 27 is shown in analogy to Fig. 3 schematically and is realized in a good design, as explained with reference to FIG. 4 and 5 respectively.
  • a scene point selection unit 35 is provided on the camera system according to the invention. This is what the Camera user Select points or areas of the scene to be imaged. This can be done in any known manner, such as by shifting marker points on an optical viewfinder or on a viewfinder screen where the scene image is opto-electronic
  • a scene point Psz is selected at the scene point arbitration unit 35.
  • outputs A 35 are from the
  • Scene point selecting unit 35 the selected point P sz identifying data output and a programmed arithmetic unit 37, respectively.
  • the programmed arithmetic unit 37 determines control data for the driver arrangement 27, which are output at the arithmetic unit output A 37 and by means of which the driver arrangement 27 is activated.
  • the arithmetic unit 37 determines program-controlled driver activation signal position so that
  • selected lens level and image plane settings are automatically adjusted according to desired input effects to be achieved, as schematized with the selector input W in FIG. Due to the Movement possibilities of lens carrier 1 with respect
  • Image converter carrier 10 results in a variety of
  • At least one of the two carriers can be pivoted directly with respect to an arbitrarily selectable axis in the associated plane, lens plane or image plane.
  • the camera system described so far makes it possible to choose any scene plane which is focused on the image plane E B while maintaining the Scheimpflug rule.
  • a first scene point P S zi is selected at the scene point choosing unit 35 within the scene presented. Based on the scene point information, which the arithmetic unit 37
  • the selected scene point P SZ i is shown in focus as a pixel A 'is mapped.
  • the first pixel A ' is the image of one at the image plane of a central scene point, it must be emphasized that in the scene any
  • Scene point P S zi can be selected, which is focused by the mentioned translational relative movement of the lens carrier 1 and the image converter carrier 10 in the image plane E B to A '.
  • the arithmetic unit 35 is thus programmed such that a first
  • a second scene point P S z2 is now selected at the scene point selection unit 35 according to FIG. 6.
  • Scene point P S z2 focused to the pixel B '.
  • the scene point to be set as the second to be selected at the selection unit 35 is also freely selectable. The location of the first
  • Lens carrier tilting axis a is such that on the one hand it passes through the image-side objective main point H 'and on the other hand is at least approximately perpendicular to the plane passing through the mentioned main point H', the image A 'of the first selected scene point and the image B' of the second selected Scene point is defined.
  • the tilt axis a in the objective plane does not necessarily have to be exactly a normal to the plane, which is given by the main point H ', the image A' and the image B ', but in this choice the required
  • Pivoting angle of the lens plane about the axis a optimally small is the fact that in the choice of the position of the axis a, the image B 'of the second scene point P S z2 is not in focus, immaterial. It is sufficient, for example, to use the center of the image area of the second selected scene point P S z2, which is still blurred in image plane E B , for determining the position of axis a.
  • the arithmetic unit 37 is programmed so that, on the one hand, the position of the first objective plane axis a is determined on the one hand and the necessary pivoting amount of the one due to the identification data for the first and the second scene point P s zi or P s z2 and geometric laws
  • a third scene point P S z3 is selected at the scene point selection unit 35. Because of his the
  • Arithmetic unit 37 supplied identification data determines the programmed arithmetic unit 37 in the lens plane E 0 'according to FIG. 7, a second lens level axis b. This coincides with the cut line on the one hand the current - after the focus of the second pixel of the second scene point - image side
  • Lens main plane ⁇ 0 ' the plane defined by the image-side objective main point H', first and second pixels A ', B'.
  • the arithmetic unit further determines the necessary pivoting amount of the objective plane E 0 'about the second objective plane axis b, so that the third scene point P s z3 in the image plane E B is also focused - C -.
  • Scene point P S for the image B 'of the second scene point Psz2 is perpendicular, the pixels A' and B 'remain in focus and do not migrate.
  • the selected scene points P SZ i, Psz2, P sz3 can be freely selected in the scene or on their image.
  • Fig. 8 is a second embodiment of the
  • this embodiment variant is particularly suitable for cameras in which the objective is at most translationally movable in focus axis direction, ie, for example, for compact cameras and / or for the choice or modification of the image perspective and / or the image detail.
  • Arithmetic unit 37 the necessary translation distance of the image-side lens plane E ' 0 and image plane E B in the direction of the focus axis A F , to focus the aforementioned scene point P S zi as D' in the image plane E B. This in complete
  • Scene point identification data determines the arithmetic unit 37 of this shift measure and controls the drivers according to FIG. 6, in particular the linear actuators according to FIG. 4 accordingly.
  • a second scene point P S z2 is selected at the scene point selection unit 35.
  • the arithmetic unit 37 determines the position of a first one
  • Image plane axis c such that this axis c passes through the first pixel D 'and is perpendicular to
  • the arithmetic unit 37 is programmed in such a way that it determines the position of the image plane axis c on the basis of the identification data of the two previously selected scene points P s zi and Ps Z 2 and the necessary swivel angle with which the image plane E B is deflected by corresponding pivoting of the image plane
  • Scene point selection unit 35 a third scene point P S z3 selected.
  • the programmed arithmetic unit 37 determines the position of the second Image plane axis d in the image plane E B. This second axis d passes through the focused pixels D 'and E' in the image plane.
  • the arithmetic unit 37 further determines the necessary pivoting amount of the image plane E B about this second image plane axis d, so that the scene point P s z3 is focused in F 'in the image plane E B.
  • Image plane E B around an axis which passes through the focused or focused pixels D 'and E', the latter remain in focus and do not migrate.
  • the scene points P D , P E and P F can be selectively selected within the selected image section at arbitrary locations.
  • the input of the scene points may e.g. with a keyboard on the camera system itself or to one with the system
  • voice input - commands "focus” and "move” can be entered, including e.g. Input devices are advantageous with a
  • Tuning wheel allow a sensitive focusing and moving. Such peripherals can over a
  • Interface for example USB interface, to the system electronics or to the system
  • any desired changes in the image perspective can be achieved by appropriately rotating the image plane.
  • the sharpness compensation required thereby can be tracked automatically. This is possible because, due to the procedure according to the invention, the current positions of the scene level and the level of the image as well as the position of the image plane to be newly set are known. Due to the Scheimpflug condition to be fulfilled and the lens equation, the new position of the objective plane is automatically calculated and tracked so that the focal plane and the image plane are optically conjugate. Furthermore, on the camera system according to the invention,
  • the orientation of the sieraches optimally be selected according to the respective recording situation and camera configuration.
  • Camera configuration is the effective position of the image-side main point, which depends on the type of lens and its installation. Thanks to the parallel arranged
  • Driver configuration is the location and orientation of the Swivel axis in the lens plane, which is to run through the rear main point, regardless of the type of lens and its installation selectable. This makes it possible, with one and the same camera without accessories and conversion different
  • the camera system according to the invention focusses more precisely, in particular with the drivers designed as linear actuators, since the linear actuators operate directly in
  • a camera system according to the invention can be constructed stiffer without additional material expenditure. It can transmit greater forces than previously known systems and thereby provide heavier camera components, e.g. Lenses, support, move and position. Due to lower
  • Camera system can be operated with a high degree of dynamics with the same drive.
  • the camera system according to the invention can furthermore be used for automatic leveling of the camera system, for stereo recordings, macroscan recordings, panoramic recordings, simple lens measurements and as tilting head also for 35 mm, medium format and video cameras.

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Abstract

An einer Kamera sind Objektivträger (1) und Bildwandlerträger (10) über Linearaktuatoren (31) miteinander verbunden. Damit wird ermöglich, Objektivebene (E0) bzw. Bildebene (EB) um entsprechend in den genannten Ebenen liegende, wählbare Achsen zu schwenken. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, an der Kamera für eine gewählte Szeneebene die Scheimpf lugsche Regel einfach zu erfüllen.

Description

Kamerasystem und Verfahren zur Einstellung eines Kamerasystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem mit einem Objektivträger, daran ein Objektiv, welches eine
Objektivebene festlegt und mit einen Bildwandlerträger, der eine Bildebene festlegt, wobei der Objektivträger und
Bildwandlerträger relativ zueinander beweglich gelagert sind und mittels je gesteuerter Treiber so miteinander wirkverbunden sind, dass sie in Richtung der Fokusachse des Objektivs relativ zueinander translatorisch verschieblich sind.
Solche Kamerasysteme sind z.B. aus der WO 95/15054 und der CH 666 756 bekannt.
An beiden vorbekannten Kamerasystemen sind Objektivträger und Bildwandlerträger schwenkbar bezüglich systemträger- bzw. kameragehäusefester Kippachsen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Relativbeweglichkeit vom Objektivträger und
Bildwandlerträger weiterzubilden, darauf hin bezüglich Einstellbarkeit des Kamerasystems wesentliche Vorteile gegenüber vorbekannten Systemen genannter Art zu erwirken.
Zu diesem Zweck ist am erfindungsgemässen Kamerasystem der Objektivträger um eine Objektivebenen-Achse schwenkbar, die in der Objektivebene liegt und deren Lage in der
Objektivebene mindestens in weiten Grenzen wählbar ist und/oder es ist der Bildwandlerträger um eine
Bildwandlerebenen-Achse schwenkbar, die in der Bildebene liegt, wobei deren Lage in der Bildebene mindestens in weiten Grenzen wählbar ist.
Aufgrund der Möglichkeit, am erfindungsgemässen
Kamerasystem mindestens einen der erwähnten Träger
bezüglich einer mindestens in weiten Grenzen wählbaren
Achse in der jeweils zugeordneten Ebene, Objektivebene beim Objektivträger, Bildebene beim Bildwandlerträger, zu schwenken und zwar auch ohne dass eine weitere zusätzliche Veränderung der Relativposition der genannten Ebenen erfolgte, wird eine sehr hohe Flexibilität bezüglich auszuführender Relativbewegungen von Objektivebene und Bildebene am erfindungsgemässen Kamerasystem erzielt. Zudem ist ersichtlich, dass aufgrund der Wählbarkeit der
angesprochenen Schwenkachsen wohl von Systemträger- bzw. Kameragehäuse-fixen Schwenkachsen abzusehen ist, womit aber der Vorteil erzielt wird, von der mechanischen Konstruktion des Systemträgers bzw. Kameragehäuses weitestgehend
unabhängig zu werden.
Wie erwähnt kann die erwähnte Schwenkbewegung um die jeweilige, wählbare Achse am erfindungsgemässen System auch ohne hinzukommende Änderung der Relativlage der beiden Ebenen erfolgen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen
Kamerasystems ist der Objektivträger oder der
Bildwandlerträger am Systemträger bzw. Kameragehäuse montiert. Entsprechend ist der Bildwandlerträger oder der Objektivträger am Objektivträger oder Bildwandlerträger gelagert . Damit bildet einer der Träger, nämlich derjenigen, der am Systemträger bzw. Kameragehäuse montiert ist, Basis für die Lagerung des andern Trägers. Damit ist einer der beiden Träger am andern Träger gelagert und es ist seine Lagerung mithin unabhängig von der Ausbildung des Systemträgers bzw. Kameragehäuses .
Als Systemträger verstehen wir das System, woran bei einer Fachkamera insbesondere Bildwandlerträger sowie
Objektivträger montiert sind. Bei einer Fachkamera kann dieses System beispielsweise durch ein Stativ gebildet sein, wie beispielsweise in der CH 666 756 dargestellt. Der Systemträger ist bei einer Kompaktkamera das Kameragehäuse.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen
Kamerasystems umfassen die gesteuerten Treiber
Linearaktuatoren, die gelenklich vorzugsweise über Kugel- und/oder Kardangelenke einerseits am Objektivträger
anderseits am Bildwandlerträger gelagert sind. Damit werden die Relativbewegungen zwischen Objektivträger und
Bildwandlerträger durch Mittel bewerkstelligt, die zwischen den erwähnten Trägern wirken, woraus sich weitestgehend
Unabhängigkeit von der Konstruktion des Systemträgers bzw. Kameragehäuses ergibt.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Kamerasystems spannen die Gelenke der Linearaktuatoren entweder an
Objektivträger oder Bildwandlerträger ein n-Eck auf und, entsprechend, entweder am Bildwandlerträger oder am
Objektivträger, ein m-Eck. Dabei ist eine gute
n
Ausführungsform, wenn m = — ist. Es definiert dann am Objektivträger oder am Bildwandlerträger jedes diesem
Träger zugewandte Endgelenk eines Linearaktuators eine Ecke und, entsprechend, am anderen Träger, Bildwandlerträger oder Objektivträger, definieren jeweils zwei letzterem Träger zugewandte Endgelenke gemeinsam, d.h. baulich mindestens genähert vereint, eine Ecke. Gut ist es, eine gerade Anzahl Linearaktuatoren vorzusehen, vorzugsweise sechs .
In einer Weiterbildung des erwähnten erfindungsgemässen Kamerasystems sind die erwähnten n- und η/2-Ecks
regelmässige Polygone.
Die erwähnten Linearaktuatoren umfassen in einer
Weiterbildung des Kamerasystems Spindeltriebe. Weiter bevorzugt sind die erwähnten Spindeltriebe elektromotorisch getrieben, vorzugsweise gleichstrommotor- oder
schrittmotorgetrieben. Weiter sind bevorzugt
Positionsnehmer, bevorzugt Drehwinkelnehmer, dabei weiter bevorzugt Absolut-Drewinkelnehmer mit den Spindeltrieben wirkverbunden. Mit Hilfe der erwähnten Positionsnehmer wird ermöglicht, Information über die momentane Spindeltrieb- Auszugslänge zu ermitteln und weiter zu verwerten,
Information, die die momentane Relativlage der
angesprochenen Träger definiert.
Gemäss den bisherigen Ausführungen kann am
erfindungsgemässen Kamerasystem der Objektivträger
bezüglich Bildwandlerträger bewegt werden. Handelt es sich beim erfindungsgemässen Kamerasystem um eine Fachkamera mit balgverbundenem Bildwandlerträger und Objektivträger, wie beispielsweise in der CH 666 756 dargestellt, dann ist es möglich, die erwähnte Relativbewegung durch die Bewegung des Bildwandlerträgers und/oder durch die Bewegung des Obj ektivträgers zu realisieren. Ist hingegen das
Kamerasystem eine Kompaktkamera oder genereller eine Kamera mit gehäusefestem oder lediglich translatorisch beweglichen Objektiv, dann wird die erwähnte Relativbewegung allein durch Beweglichkeit des Bildwandlerträgers realisiert.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Kamerasystems umfasst es eine Szenepunktanwahleinheit sowie eine programmierte Recheneinheit. Die Eingänge der
Recheneinheit sind mit Ausgängen der
Szenepunktanwahleinheit wirkverbunden, und es sind die Ausgänge der Recheneinheit mit Steuereingängen für die Treiber wirkverbunden.
Mit der Szenepunktanwahleinheit können an einem Bild der Szene frei wählbar Punkte bzw. Bereiche angewählt werden. Aufgrund der programmierten Recheneinheit zugeführter
Information über die angewählten Szenepunkte wird durch die programmierte Recheneinheit, wie noch zu erläutern sein wird, ausgangsseitig Steuerinformation ausgegeben, mittels welcher die Treiber für eine vorgebbare Kamerasystem- Einstellung angetrieben werden.
Es werden mit dem erfindungsgemässen Kamerasystem
wesentliche Vorteile bezüglich Einstellbarkeit des
Kamerasystems erwirkt.
Im Rahmen dieser generellen Vorteile ergibt sich, wie nachfolgend erläutert wird, der Vorteil, dass die
Kamerasystem-Einstellung einfach so vorgenommen werden kann, dass die Scheimpflugsche Regel eingehalten ist. _ g _
Beispielsweise in der erwähnten CH 666 756 ist ausführlich erläutert, wann die Scheimpflugsche Regel eingehalten ist. Auf das erwähnte Dokument wird bezüglich Erläuterungen dieser Regel und wie diese an einem Kamerasystem durch ScharfStellung der Bildpunkte dreier Szenepunkte erfüllt werden kann, Bezug genommen. Grundsätzlich wird eine gewünschte Szeneebene dann mit maximaler Schärfe
abgebildet, wenn die Szeneebene, die Objektivebene und die Bildebene sich in einer gemeinsamen Geraden schneiden. Die scharf abgebildete Szeneebene wird oft auch als
Schärfeebene bezeichnet. Als Objektivebene gilt die
Hauptebene des Objektivs. Die meisten Objektive haben zwei Hauptebenen - und damit zwei Objektivebenen - eine
objektseitige und eine bildseitige. Die Scheimpflugsche Regel lautet nun präziser, dass sich die Szeneebene der objektseitigen Objektivebene in der gleichen Entfernung von der Achse des Objektivs schneiden sollten, wie sich die Bildebene mit der bildseitigen Objektivebene, und dass beide Schnittgeraden zueinander parallel sein sollten.
Dabei befinden sich beide Schnittgeraden auf derselben
Seite der erwähnten Achse, also, räumlich betrachtet, im selben Quadranten bezüglich dieser Achse.
Mit dem erfindungsgemässen Kamerasystem lässt sich die Scheimpflugsche Regel für beliebig gewählte Szenenebenen optimal erfüllen. Hierzu ist die erwähnte programmierte Recheneinheit in einer Ausführungsform des
erfindungsgemässen Kamerasystems so programmiert, dass die Treiber aufgrund der Eingabe von drei unterschiedlichen Szenepunkten an der Szenepunktanwahleinheit so gesteuert werden, dass die drei Bildpunkte der Szenepunkte gleichzeitig scharf auf der Bildebene abgebildet werden.
In einer Ausführungsform der genannten Kamerasysteme ist die Recheneinheit so programmiert, dass die Treiber
aufgrund einer Eingabe eines ersten der drei Szenepunkte an der Szenepunktanwahleinheit so angesteuert werden, dass sich Objektivträger und Bildwandlerträger entlang der
Fokussachse des Objektivs translatorisch zueinander in eine Relativposition verschieben, in der das Bild des ersten angewählten Szenepunktes in der Bildebene scharf
dargestellt ist.
In einer weiteren Ausführungsform des genannten
Kamerasystems ist die Recheneinheit so programmiert, dass die Treiber aufgrund der Eingabe des zweiten der drei
Szenepunkte an der Szenepunktanwahleinheit so angesteuert werden, dass der Objektivträger um eine erste
Objektivebenenachse, die durch den abbildungsseitigen
Objektivhauptpunkt verläuft und die mindestens genähert senkrecht zu derjenigen Ebene ist, die gegeben ist durch den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt sowie den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten
Szenepunktes, in eine Lage geschwenkt wird, in der auch der zweite Bildpunkt in der Bildebene scharf gestellt ist.
In einer Ausführungsform des genannten Kamerasystems ist die Recheneinheit weiter so programmiert, dass die Treiber aufgrund der Eingabe des dritten der drei Szenepunkte an der Szenepunktanwahleinheit so angesteuert werden, dass der Objektivträger um eine zweite Objektivebenenachse, die mindestens genähert durch die Schnittgerade gebildet ist, vor den aktuellen abbildungsseitigen Objektivhauptebene und der Ebene, welche gegeben ist durch den ersten und zweiten Bildpunkt und den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt, in eine Lage geschwenkte wird, in der auch der dritte
Bildpunkt in der Bildebene scharf gestellt ist.
Bei den letztgenannten Ausführungsformen des Kamerasystems wird der Objektivträger um die jeweilige
Objektivebenenachse geschwenkt. Dieses Vorgehen eignet sich mithin für Fachkameras, nicht aber für Kompaktkameras mit gehäusefest eingebautem oder einbaubarem, höchstens
translatorisch in Fokusachs-Richtung verschieblichem
Obj ektiv.
Bei letzterwähnten Kameras beschränkt sich die
schwenkbewegliche Ausbildung eines der Träger auf den
Bildwandlerträger. Insbesondere auch mit Blick auf den letzterwähnten Kamerasystemtyp ergibt sich eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Kamerasystems, bei welchem die Recheneinheit so programmiert ist, dass die Treiber aufgrund einer Eingabe des zweiten der drei
Szenepunkte an der Szenepunktanwahleinheit so angesteuert werden, dass der Bildwandlerträger um eine erste
Bildebenenachse, die durch den ersten Bildpunkt des ersten Szenepunktes verläuft und mindestens genähert senkrecht zur Geraden durch den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten und des zweiten Szenepunktes steht, in eine Lage geschwenkt wird, in der auch der zweite Bildpunkt in der Bildebene scharfgestellt ist. Dabei wird weiterhin wie oben erwähnt die ScharfStellung des Bildpunktes des ersten
Szenepunktes durch Ansteuerung der Treiber so erreicht, dass Objektivträger und Bildwandlerträger translatorisch relativ zueinander in Richtung der Objektivachse verschoben werden .
In einer weiteren Ausführungsform ist die erwähnte
Recheneinheit so programmiert, dass die Treiber aufgrund einer Eingabe des dritten der drei Szenepunkte an der
Szenepunktanwahleinheit so angesteuert werden, dass der Bildwandlerträger um eine zweite Bildebenenachse, die mindestens genähert durch den ersten und den zweiten
Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes verläuft, in eine Lage geschwenkt wird, in der auch der dritte Bildpunkt in der Bildebene scharf gestellt ist.
Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein
Kamerasystem-Einstellverfahren, mittels welchem für eine wählbare Szenenebene das Gesetz von Scheimpflug am System erfüllt wird. Zur Ausführung dieses Verfahrens eignet sich das eingangs erwähnte, erfindungsgemässe Kamerasystem besonders .
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird durch eine translatorische Relativbewegung von Objektivträger und
Bildwandlerträger des Kamerasytems das Bild eines ersten, frei wählbaren Szenepunktes an der Bildebene scharf
gestellt. Danach wird, in einer ersten Variante des
erwähnten Verfahrens, durch eine erste Schwenkbewegung des Objektivträgers um eine erste Objektivebenenachse in der Objektivebene, das Bild eines zweiten, frei wählbaren
Szenepunktes in der Bildebene scharf gestellt, ohne
Beeinflussung des bereits scharf gestellten Bildes des ersten Szenepunktes. Danach wird, durch eine zweite Schwenkbewegung des Objektivträgers um eine zweite
Objektivebenenachse in der Objektivebene, das Bild eines dritten, frei wählbaren Szenepunktes in der Bildebene scharf gestellt, ohne Beeinflussung der bereits
vorgenommenen ScharfStellung des ersten und zweiten
Szenepunktes in der Bildebene.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens wird durch eine erste Schwenkbewegung des
Bildwandlerträgers um eine erste Bildebenenachse in der Bildebene, das Bild eines zweiten, frei wählbaren
Szenepunktes scharf gestellt, ohne Beeinflussung der
ScharfStellung bzw. des Bildes des ersten Szenepunktes, dessen ScharfStellung durch die erwähnte translatorische Relativbewegung erfolgt ist.
Danach wird, durch eine zweite Schwenkbewegung des
Bildwandlerträgers um eine zweite Bildebenenachse in der Bildebene, das Bild eines dritten, frei wählbaren
Szenepunktes scharf gestellt, ohne Beeinflussung der
ScharfStellung des ersten und zweiten Punktes in der
Bildebene.
In einer ersten Ausführungsform der ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens wird die erwähnte
Objektivebenenachse so gewählt, dass sie durch den
abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt verläuft und
mindestens genähert senkrecht zur Ebene ist, die gegeben ist durch den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt sowie den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes . In einer weiteren Ausführungsform weiterhin der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die zweite Objektivebenenachse so gewählt, dass sie, mindestens genähert, durch die Schnittgerade gebildet ist, von der aktuellen abbildungsseitigen Objektivhauptebene und der Ebene, welche gegeben ist durch den ersten und zweiten Bildpunkt und den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens in seiner zweiten Variante wird die erste
Bildebenenachse so gewählt, dass sie durch den ersten
Bildpunkt des ersten Szenepunktes verläuft und mindestens genähert senkrecht zur Geraden steht, die durch den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten bzw. zweiten
Szenepunktes gegeben ist.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens in seiner zweiten Variante wird die zweite
Bildebenenachse so gewählt, dass sie durch den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten bzw. zweiten Szenepunktes verläuft .
Beim erfindungsgemässen Verfahren in all seinen Varianten und Ausführungsformen werden mindestens die Lagen der
Objektivebenen- oder Bildebenenachsen aufgrund der
Szenepunkt-Eingaben automatisch ermittelt, vorzugsweise auch die Schwenkbewegungen und/oder die translatorische Relativbewegung.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 perspektivisch, schematisch und vereinfacht, einen
Teil eines erfindungsgemässen Kamerasystems, mittels welchem eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens realisiert ist;
Fig. 2 in einer Darstellung analog zu derjenigen von Fig.
1, einen weiteren Teil eines erfindungsgemässen Kamerasystems, mittels welchem das
erfindungsgemässe Verfahren in einer zweiten Variante realisiert ist;
Fig. 3 in einer Darstellung analog zu den Fig. 1 und 2, eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Kamerasystems, mittels welchem das
erfindungsgemässe Verfahren realisiert ist;
Fig. 4 perspektivisch, schematisch und vereinfacht, die
Verbindung eines Objektivträgers und eines Bildwandlerträgers an einem erfindungsgemässen Kamerasystem;
Fig. 5 schematisch, eine Ausführungsform eines
Linearaktuators , wie am Kamerasystem gemäss Fig. 4 z.B. eingesetzt;
Fig. 6 ausgehend von einem erfindungsgemässen
Kamerasystem, wie in Fig. 4 dargestellt, eine weitere Ausbildungsform, womit auch das
erfindungsgemässe Verfahren realisiert wird;
Fig. 7 schematisch und perspektivisch, die gesteuerte
Lagezuordnung von Bildebene und Objektivebene bei einem erfindungsgemässen Kamerasystem zum Erfüllen der Scheimpflugschen Regel gemäss dem
erfindungsgemässen Verfahren in einer ersten Ausführungsform, und Fig. 8 in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 7, die Lagezuordnung von Bildebene und Objektivebene bei einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemässen Kamerasystems bzw. entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren in einer zweiten
Ausführungsform.
In Fig. 1 ist perspektivisch, rein schematisch und
vereinfacht ein Teil eines erfindungsgemässen Kamerasystems dargestellt. An einem Objektivträger 1 des
erfindungsgemässen Kamerasystems ist ein Objektiv 3
montiert. Das am Objektivträger 1 montierte Objektiv 3 definiert die Lage einer Objektivebene E0. Als
Objektivebene wird eine der üblicherweise zwei an einem Objektiv definierten Hauptebenen bezeichnet. Die unter allgemeinen Gesichtspunkten vorerst betrachtete eine
Objektivebene E0 kann somit entweder der szenenseitigen oder der bildseitigen Objektivhauptebene entsprechen.
In Fig. 1 ist im weiteren mit 5 schematisch ein
Systemträger für das Kamerasystem dargestellt, bei einer Kompaktkamera das Kameragehäuse, bei einer Fachkamera das System, woran Objektiveinheit einerseits und
Bildwandlereinheit anderseits, üblicherweise balgverbunden, montiert sind.
Wie in Fig. 1 weiter dargestellt, ist der Objektivträger 1 mit einer Treiberanordnung 7, welche wie mit ST7
dargestellt steuerbar ist, mit einem Bezugssystems BT wirkverbunden. Wie noch ersichtlich sein wird, ist
bevorzugterweise das Bezugssystem BT7 für die
Treiberanordnung 7 nicht identisch mit dem Systemträger 5. Mit Hilfe der Treiberanordnung 7, welche auf den Objektivträger 1 einwirkt, wird die Objektivebene E0 um eine Objektivebenenachse A0 geschwenkt in einem Ausmass, welches durch Ansteuerung ST7 für die Treiberanordnung 7 vorgegeben wird - a0. Zudem ist die Lage der Achse A0 in der Objektivebene E0 frei wählbar und ist gegeben durch entsprechende Ansteuerung ST7 der Treiberanordnung 7. In Fig. 1 ist die Wählbarkeit und somit Variierbarkeit der Lage der Schwenkachse A0 mit A0' und Verstelldoppelpfeil Ω0 schematisch dargestellt. Somit wird durch die Ansteuerung ST7 der Treiberanordnung 7 einerseits die Lage - Ω0 - der Achse A0 in der Objektivebene E0 festgelegt und zudem das Mass - α - um welches die Objektebene E0 um besagte Achse A0 zu schwenken ist. Die Schwenkbewegung und Achs-Lagewahl erfolgt durch gesteuerte Bewegung des Objektivträgers 1 mittels der Treiberanordnung 7.
In Fig. 2 ist in einer Darstellung analog zu derjenigen von
Fig. 1 eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemässen Kamerasystems dargestellt. Ein
Bildwandlerträger 10 trägt einen Bildwandler 12. Letzterer definiert die Bildebene EB. Der Bildwandlerträger 10 ist in völliger Analogie zum Objektivträger 1 gemäss Fig. 1 mit einer Treiberanordnung 17, an Steuereingängen STi7
steuerbar, und bezüglich eines Bezugssystems BTi7
wirkverbunden. 15 bezeichnet den Systemträger des
Kamerasystems bzw. das Kameragehäuse. Mit Hilfe der
Treiberanordnung 17 wird der Bildwandlerträger 10 um eine den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend, frei wählbaren - ΩΒ - Bildebenenachse AB geschwenkt, - aB - . Gemäss den Ausführungen zu den Figuren 1 bzw. 2 ist
ersichtlich, dass am erfindungsgemässen Kamerasystem jedenfalls die Relativposition einer der Ebenen,
Objektivebenen E0 und Bildebene EB, dadurch eingestellt wird, dass die erwähnte eine Ebene EQ und/oder EB um jeweils eine wählbare, in der entsprechenden Ebene gelegene Achse, A0, BB, geschwenkt wird, deren Lage innerhalb der erwähnten Ebene E0 und EB frei wählbar - Ωο,Ωβ-ist.
Ausgehend von den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 ist in Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemässen Kamerasystems dargestellt, worin
insbesondere eine besondere Ausführungsform der
Treiberanordnung angesprochen ist. In Fig. 3 ist einer der Träger gemäss den Figuren 1 oder 2 Objektivträger 1 oder Bildwandlerträger 10 mit Ti bezeichnet und, entsprechend, der andere der beiden in den Fig. 1 bzw. 2 angesprochenen Träger, also entsprechend Bildwandlerträger 10 oder
Objektivträger 1 mit T2. Der Träger T2, der die
entsprechende Ebene E0 oder EB festlegt (in Fig. 3 nicht mehr eingezeichnet) ist bezüglich des Systemträgers 25 des Kamerasystems als Bezugssystem montiert. Wie mit dem
Stellglied 29 schematisiert, kann dabei der Träger T2 bezüglich des als Bezugsystem wirkenden Trägersystems 25 bzw. Kameragehäuses fix oder räumlich beliebig verstellbar montiert sein, je nach Anforderungen translatorisch in eine oder mehreren der Koordinatenrichtungen x25, y25, z25 bzw. um eine oder mehrere der erwähnten Achsen schwenkbar. Wie mit T2(25) in Fig. 3 angedeutet, ist dabei jedenfalls das
Bezugskoordinatensystem, bezüglich welchem der Träger T2 fallweise positioniert wird, der Systemträger 25 des
Kamerasystems .
Der Träger Ti seinerseits ist über die Treiberanordnung 27 beweglich und positionierbar. Die Treiberanordnung 27 für Träger Τχ wirkt zwischen Träger T2 - gegebenenfalls
systemträgerfix - und i . Damit kann bei beliebig bezüglich Systemträger 25 eingestellter Lage des Trägers T2, die Relativposition des Trägers i zu T2 über die
Treiberanordnung 27 gestellt werden. Dabei sind
Schwenkachsen ATi durch entsprechende Ansteuerung der
Treiberanordnung 27 in ihrer Lage frei wählbar und zudem das Mass, um welches die dem Träger Ti zugeordnete Ebene, Bildebene EB oder Objektivebene E0, um ATi geschwenkt wird.
In Fig. 4 ist ausgehend vom schematisch in Fig. 3
dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kamerasystems eine weitere Ausführungsform schematisch und vereinfacht dargestellt. Dabei sind Objektivträger 1 und Bildwandlerträger 10 als die jeweiligen Träger Τχ und T2 gemäss Fig. 3 über Linearaktuatoren 31, die die
Treiberanordnung 27 nach Fig. 3 realisieren, miteinander gekoppelt. Jeder der Linearaktuatoren 31 ist endständig, wie mittels Kugel- oder Kardangelenken, am Objektivträger 1 und Bildwandlerträger 10 angelenkt 30a, 30b. Vereinfacht ist in Fig. 5 eine mögliche Ausbildungsform der
Linearaktuatoren 31 dargestellt. Der Linearaktuator 31a gemäss Fig. 5 ist als Spindeltrieb ausgebildet. Einerseits weist er eine Gelenkpartie 30a, anderseits eine
Gelenkpartie 30 auf, mittels welchen er, gemäss Fig. 4, einerseits am Objektivträger 1, anderseits am Bildwandlerträger 10 gelenkig gelagert ist. Bevorzugt weist der Spindeltrieb 31a einen integriert motorischen Antrieb 33 auf, vorzugsweise einen elektromotorischen. Dabei ist der Antrieb 33 bevorzugt als Schrittmotor oder als
Gleichstrommotor ausgebildet. Wie schematisch in Fig. 5 dargestellt, wird der Antrieb 33 über einen Steuereingang ST3i angesteuert.
Im weiteren ist bevorzugterweise im Linearaktuator
integriert, gemäss Fig. 5 im Spindeltrieb 31a, ein
Positionsnehmer 35 vorgesehen, vorzugsweise einen
Drehwinkelnehmer umfassend, bevorzugt einen
Absolutwinkelnehmer umfassend. An einem Ausgang A33 ist Information abrufbar über die momentane Auszugslänge des Linearaktuators , d.h. über den Abstand der Gelenkpartien 30a und 30b. Durch Ansteuerung jedes der vorgesehenen
Linearaktuatoren 31 gemäss Fig. 4 kann, praktisch lediglich beschränkt durch die baulichen Gegebenheiten, jede
beliebige Relativposition zwischen den erwähnten Trägern 1, 10 angesteuert werden. In Fig. 4 sind sechs
Linearaktuatoren 31, was eine gute Ausführungsform ist. Es sind weiter am einen Träger, gemäss Fig. 4 am
Bildwandlerträger 10 als Beispiel, die Linearaktuatoren so angelenkt, dass dort die Gelenkstellen ein geradzahliges n- Eck aufspannen, wobei n eine gerade Zahl ist, gemäss Fig. 4 sechs. Im weiteren bildet dieses n-Eck in einer guten
Ausführungsform mindestens genähert ein regelmässiges
Polygon, d.h. dessen Seitenlängen und Innenwinkel sind gleich. Fig. 4 zeigt eine gute Ausführungsform der Anordnung der Linearaktuatoren. Ferner können an beiden Trägern die Gelenkstellen der Linearaktuatoren Polygone mit gleicher Anzahl Ecken aufspannen oder sogar durch zusammengefasstes Lagern der Gelenkstellen nur gewisser Linearaktuatoren die Anzahl Ecken am Polygon des einen Trägers frei kleiner gewählt werden als am anderen Träger. Im weiteren müssen die durch die Gelenkstellen definierten Polygone an den jeweiligen Trägern auch nicht genähert regelmässig, d.h. mit gleich langen Seiten und gleichen Innenwinkeln, ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es aber, wenn die
Linearaktuatoren bei einem der Träger gemäss Fig. 4 am Objektivträger 1 gemeinsam angelenkt sind, da sie lediglich erforderliche Längen präzise anfahren müssen und nicht äusserst präzise zeitabhängige Bahnkurven fahren müssen, die mit Bahnkurven der andern Linearaktuatoren exakt synchronisiert sind.
Am andern Träger - 1 - sind gemäss Fig. 4 jeweils die
Gelenkpartien zweier Linearaktuatoren 31 gemeinsam
angelenkt, so dass dort die erwähnten Gelenkstellen ein η/2-Eck aufspannen, d.h. ein Polygon mit der halben Anzahl Ecken verglichen mit dem Polygon am andern Träger. Bei aufgespanntem Sechseck am einen Träger - 10 - ergibt sich mithin am andern Träger ein aufgespanntes Dreieck. Die eingesetzten Linearaktuatoren 31 sind bevorzugterweise alle gleich .
Bezüglich der Festbindung des in Fig. 4 dargestellten
Systems am Systemträger des Kamerasystems bzw. am
Kameragehäuse gilt Folgendes: Bei einer Fachbildkamera kann entweder der
Bildwandlerträger 10 gemäss Träger T2 aus Fig. 3 am
Systemträger montiert sein oder der Objektivträger 1. Bei einer Kamera, bei welcher das Objektiv fix eingebaut ist, wie bei einer Kompaktkamera, wird der Objektivträger bezüglich des Kameragehäuses montiert, ggf. in
Fokusachsrichtung translatorisch verschieblich, und es wird der Bildwandlerträger 10 zur Ausführung einer wie auch immer erwünschten Taumelbewegung wie in Fig. 4 dargestellt mit dem Objektivträger 1 über die Treiberanordnung, die Linearaktuatoren 31, wirkverbunden. Geht man in Fig. 4 beispielsweise von einem systemträgerbezogen montierten Objektivträger 1 aus, so kann diesbezüglich mit der
Treiberanordnung 27, gebildet durch die Linearaktuatoren 31, der Bildwandlerträger um jede beliebige Achse in der Bildebene EB um ein gewähltes Mass geschwenkt werden. Dies durch jeweilige, entsprechende Ansteuerung der vorgesehenen Treiberanordnung 27, nämlich gemäss Fig. 4, der sechs vorgesehenen Linearaktuatoren 31.
Ausgehend von der generellen Darstellung des
Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 in Darstellung analog zu Fig. 4, ist in Fig. 6 eine weitere Ausbildungsform des erfindungsgemässen Kamerasystems schematisch und
vereinfacht dargestellt. In Fig. 6 ist die Treiberanordnung 27 in Analogie zu Fig. 3 schematisch dargestellt und ist in einer guten Ausführung realisiert, wie anhand von Fig. 4 bzw. 5 erläutert wurde.
Gemäss Fig. 6 ist am erfindungsgemässen Kamerasystem eine Szenepunktanwahleinheit 35 vorgesehen. Daran kann der Kamerabenutzer Punkte bzw. Bereiche der abzubildenden Szene anwählen. Dies kann auf jede beliebige bekannte Art und Weise erfolgen, so durch Verschieben von Markierungspunkten an einem optischen Sucher oder an einem Sucherbildschirm, an welchem das Szenebild durch optoelektronische
Rückwandlung angezeigt wird, an einem Computerbildschirm etc. Durch Markierung eines gewählten Szenepunktes sind jedenfalls die entsprechenden Lagekoordinaten des dem angewählten Szenepunkt entsprechenden Bildpunktes in der Bildebene EB bekannt. In Fig. 6 ist als ein
Ausführungsbeispiel die Szenepunktanwahleinheit 35
eingangsseitig mit Ausgängen der Bildwandlereinheit 11 wirkverbunden .
Durch manuelle Eingabe M, sei dies durch
Koordinateneingabe, touch pad-Eingabe, Schiebereingabe etc., wird an der Szenepunktanwahleinheit 35 ein Szenepunkt Psz angewählt. An Ausgängen A35 werden von der
Szenepunktanwahleinheit 35 den angewählten Punkt Psz identifizierende Daten ausgegeben und einer programmierten Recheneinheit 37 zugeführt. Die programmierte Recheneinheit 37 ermittelt Steuerdaten für die Treiberanordnung 27, welche am Recheneinheits-Ausgang A37 ausgegeben werden und mittels welcher die Treiberanordnung 27 angesteuert wird. Aufgrund der Anwahl ein oder mehrer Bildpunkte PSz an der Szenepunktanwahleinheit 35 ermittelt die Recheneinheit 37 programmgesteuert Treiber-Ansteuersignlage so dass
ausgewählte Einstellungen von Objektivebene und Bildebene automatisch eingestellt werden, entsprechend erwünschten eingegebenen, zu erreichenden Effekten, wie dies mit dem Wahleingang W in Fig. 6 schematisiert ist. Aufgrund der Bewegungsmöglichkeiten von Objektivträger 1 bezüglich
Bildwandlerträger 10 ergibt sich eine Vielzahl von
Möglichkeiten, erwünschte fotographische Effekte durch entsprechende relative Trägerpositionierung vorzunehmen. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass mindestens einer der beiden Träger bezüglich einer beliebig wählbaren Achse in der zugeordneten Ebene, Objektivebene oder Bildebene, direkt geschwenkt werden kann.
Insbesondere ermöglicht es das bis hierher beschriebene Kamerasystem, eine beliebige Szenenebene zu wählen, welche unter Einhalt der Scheimpflugschen Regel in der Bildebene EB scharf gestellt ist.
Anhand von Fig. 7 soll eine erste Variante dieses
erfindungsgemässen Vorgehens mittels eines
erfindungsgemässen Kamerasystems erläutert werden. In Fig. 7 ist einerseits die Objektivebene dargestellt, anderseits die Bildebene EB. Bevorzugterweise wird von den zwei
Objektivebenen entsprechend den Objektiv-Hauptebenen die bildseitige verwendet, Ε'0· Mit Blick auf Fig. 6 wird an der Szenepunktanwahleinheit 35 innerhalb der präsentierten Szene ein erster Szenepunkt PSzi angewählt. Aufgrund der Szenepunktinformation, welche der Recheneinheit 37
zugeführt wird, ermittelt letztere aufgrund ihrer
Programmierung den translatorischen Verschiebungsweg zwischen Objektivträger 1 und Bildwandlerträger 10 zum
Erreichen, dass in der Bildebene EB der gewählte Szenepunkt PSZi scharfgestellt als Bildpunkt A' abgebildet wird. Obwohl in Fig. 7 als erster Bildpunkt A' das Bild eines an der Bildebene eines zentralen Szenepunktes dargestellt ist, muss betont werden, dass in der Szene ein beliebiger
Szenepunkt PSzi angewählt werden kann, welcher durch die erwähnte translatorische Relativbewegung von Objektivträger 1 und Bildwandlerträger 10 in der Bildebene EB zu A' scharfgestellt wird. Mit Blick auf Fig. 6 ist mithin die Recheneinheit 35 so programmiert, dass ein erster
Szenepunkt Pszi r welcher an der Szenepunktanwahleinheit 35 angewählt wird, in der Bildebene EB durch eine
translatorische Relativbewegung der beiden Träger in
Richtung der Fokusachse AF des Objektivs scharfgestellt wird, durch Ansteuerung der Treiberanordnng 27.
Als zweiter Schritt wird nun an der Szenepunktanwahleinheit 35 gemäss Fig. 6 ein zweiter Szenepunkt PSz2 angewählt.
Durch Verschwenken der O jektivebene E0' um eine erste Objektivebenenachse a, welche in der Objektivebene E0' liegt, wird an der Bildebene EB der zweite angewählte
Szenepunkt PSz2 zum Bildpunkt B' scharfgestellt . Dabei ist auch der als zweiter scharfzustellende Szenepunkt an der Anwahleinheit 35 frei wählbar. Die Lage der ersten
Objektivträger-Kippachse a ist so, dass sie einerseits durch den bildseitigen Objektivhauptpunkt H' verläuft und andererseits zur Ebene mindestens genähert senkrecht steht, die durch den erwähnten Hauptpunkt H' , das Bild A' des ersten angewählten Szenepunktes und das Bild B' des zweiten angewählten Szenepunktes definiert ist.
Beim Drehen der Objektivebene E0' um eine Achse, die durch den bildseitigen Objektivhauptpunkt H' verläuft, bleibt der erstgewählte Bildpunkt A' auf der Bildebenen EB scharf abgebildet und wandert nicht ab. Hierzu wird beispielsweise auf Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band III, Optik, S. 95, Verlag Walter de Gruyter, Berlin, New York, 1978, siebte Auflage, verwiesen.
Weil im weiteren die Kippachse a in der Objektivebene nicht zwingend exakt eine Normale zur Ebene sein muss, welche gegeben ist durch den Hauptpunkt H' , das Bild A' und das Bild B' , aber bei dieser Wahl die erforderlichen
Schwenkwinkel der Objektivebene um die Achse a optimal klein werden, ist die Tatsache, dass bei der Wahl der Lage der Achse a das Bild B' des zweiten Szenepunktes PSz2 nicht scharfgestellt ist, unwesentlich. Es reicht aus, für die Bestimmung der Lage von Achse a z.B. das Zentrum des in Bildebene EB noch unscharfen Bildbereiches des zweiten gewählten Szenepunktes PSz2 zu verwenden.
Zur automatisierten Ausführung dieses erwähnten zweiten Schrittes ist die Recheneinheit 37 so programmiert, dass aufgrund der Identifikationsdaten für den ersten und den zweiten Szenepunkt PSzi bzw. PSz2 sowie geometrischer Gesetze einerseits die Lage der ersten Objektivebenenachse a bestimmt wird sowie das notwendige Schwenkmass der
Objektivebene E0' um besagte Achse a, um den zweiten
Szenepunkt PSZ2 scharf in B' , auf der Bildebene EB. Alle hierzu notwendigen geometrischen Lagegrössen sind bekannt.
Als dritter Schritt wird an der Szenepunktanwahleinheit 35 ein dritter Szenepunkt PSz3 angewählt. Aufgrund seiner der
Recheneinheit 37 zugeführter Identifikationsdaten ermittelt die programmierte Recheneinheit 37 in der Objektivebene E0' gemäss Fig. 7 eine zweite Objektivebenenachse b. Diese fällt zusammen mit der Schnittgeraden einerseits der aktuellen - nach dem Scharfstellen des zweiten Bildpunktes des zweiten Szenepunktes - abbildungsseitigen
Objektivhauptebene Ε0' , andererseits der Ebene, definiert durch abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt H' , erster und zweiter Bildpunkt A' , B' . Die Recheneinheit ermittelt weiter das notwendige Schwenkmass der Objektivebene E0' um die zweite Objektivebenenachse b, damit auch der dritte Szenepunkt PSz3 in der Bildebene EB scharfgestellt - C - ist. Beim Schwenken der Objektivebene E0' um eine Achse, die durch den bildseitigen Objektivhauptpunkt H' läuft, und die, aufgrund ihrer senkrechten Lage zur vorerwähnten ersten Objektivebenenachse a, zur Ebene, definiert durch den erwähnten Hauptpunkt H' , das Bild A' des ersten
Szenepunktes PSzir das Bild B' des zweiten Szenepunktes Psz2, senkrecht steht, bleiben die Bildpunkte A' und B' scharf abgebildet und wandern nicht ab.
Wie erwähnt können die angewählten Szenepunkte PSZi, Psz2, Psz3 in der Szene bzw. an deren Bild frei gewählt werden. Vorteilhafterweise werden entsprechend relevante
Szenenbereiche gewählt.
Anhand von Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante des
erfindungsgemässen Verfahrens bzw. des erfindungsgemässen Kamerasystems gemäss Fig. 6 dargestellt, bei welchem der Objektivträger taumelscheibenähnlich beweglich bezüglich des Bildwandlerträgers gelagert ist. Mit Blick auf Fig. 4 ergibt sich ohne weiteres, dass durch selektive, an der Recheneinheit 37 berechnete Linearaktuator-spezifische Auszugslängen einerseits die Lagen der erwähnten
Objektivebenenachsen a bzw. b und anderseits das Ausmass der Schwenkbewegungen der Objektivebene und entsprechend des Objektivträgers 1 ermittelt werden und die Treiber der Anordnung 27 entsprechend angesteuert werden.
In Fig. 8 ist eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt, realisiert durch eine zweite Ausführungsform des prinzipiell anhand von Fig. 6 dargestellten, erfindungsgemässen Kamerasystems. Bei dieser Ausführungsform wird der Bildwandlerträger und damit die Bildebene EB bezüglich des Objektivträgers verändert. Diese Ausführungsvariante eignet sich mithin insbesondere für Kameras, an denen das Objektiv höchstens translatorisch in Fokusachsrichtung beweglich ist, also beispielsweise für Kompaktkameras und/oder für die Wahl oder Veränderung der Bildperspektive und/oder des Bildausschnittes.
Gemäss Fig. 8 wird in dieser Variante wie folgt
vorgegangen :
Es wird an der Szenepunktanwahleinheit 35 gemäss Fig. 6 ein erster Szenepunkt PSZi angewählt. Aufgrund der diesen
Szenepunkt identifizierenden Daten ermittelt die
Recheneinheit 37 die notwendige Translationsstrecke von bildseitiger Objektivebene E'0 und Bildebene EB in Richtung der Fokusachse AF, um den erwähnten Szenepunkt PSzi als D' in der Bildebene EB scharfzustellen . Dies in völliger
Analogie zum ersten Schritt bei der ersten
Vorgehensvariante nach Fig. 7. Aufgrund der eingegebenen
Szenepunktidentifikationsdaten ermittelt die Recheneinheit 37 dieses Verschiebungsmass und steuert die Treiber gemäss Fig. 6, insbesondere die Linearaktuatoren gemäss Fig. 4 entsprechend an. Als zweiter Schritt wird an der Szenepunktanwahleinheit 35 ein zweiter Szenepunkt PSz2 angewählt. Aufgrund der diesen zweiten Szenepunkt identifizierenden Daten und der Daten des ersten in der Bildebene EB scharfgestellten Punktes D' ermittelt die Recheneinheit 37 die Lage einer ersten
Bildebenenachse c so, dass diese Achse c durch den ersten Bildpunkt D' verläuft und senkrecht steht zur
Verbindungsgeraden von Bildpunkt D' und dem Bildpunkt E' des zweiten angewählten Szenepunktes PSz2 in der Bildebene EB. Dabei gilt wiederum analog zur ersterwähnten
Vorgehensvariante, dass die erste Bildebenen-Achse c nicht zwingend senkrecht zur Verbindungsgeraden D' , E' stehen muss, so dass die Bestimmung dieser Achslage aufgrund des noch nicht scharfgestellten Bildpunktes E' erfolgen kann. Die Recheneinheit 37 ist so programmiert, dass sie aufgrund der Identifikationsdaten der beiden bis anhin angewählten Szenepunkte PSzi und PsZ2 die Lage der Bildebenenachse c bestimmt sowie den notwendigen Schwenkwinkel, mit welchem die Bildebene EB durch entsprechende Schwenkung des
Bildwandlerträgers geschwenkt werden muss, damit der zweite Bildpunkt E' in der Bildebene EB scharfgestellt ist. Beim Schwenken der Bildebene EB um eine Achse gemäss c, die in der Bildebene verläuft, bleibt der Bildpunkt D'
scharfgestellt und wandert nicht ab.
In einem dritten Schritt wird an der
Szenepunktanwahleinheit 35 ein dritter Szenepunkt PSz3 angewählt. Mit den bisher anliegenden Szenepunkt- Identifikationsdaten und zusätzlich den Szenepunkt- Identifikationsdaten für Szenepunkt PSZ3 ermittelt die programmierte Recheneinheit 37 die Lage der zweiten Bildebenenachse d in der Bildebene EB. Diese zweite Achse d verläuft durch die scharfgestellten Bildpunkte D' und E' in der Bildebene. Die Recheneinheit 37 ermittelt weiter das notwendige Schwenkmass der Bildebene EB um diese zweite Bildebenenachse d, damit der Szenepunkt PSz3 in F' in der Bildebene EB scharfgestellt wird. Beim Schwenken der
Bildebene EB um eine Achse, die durch die fokussierten bzw. scharfgestellten Bildpunkte D' und E' verläuft, bleiben letztere scharf abgebildet und wandern nicht ab.
Somit wird auch gemäss dieser zweiten Verfahrensform bzw. Programmierungsform des erfindungsgemässen Kamerasystems die Scheimpflugsche Regel für eine beliebig gewählte
Szeneebene Pszi? Psz2r ?sz3 eingehalten.
Auch in dieser Ausführungsvariante können die Szenepunkte PD, PE und PF innerhalb des gewählten Bildausschnittes an beliebigen Orten selektiv gewählt werden.
Wiewohl im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 6 die Wahl der die Szeneebene definierenden Szenepunkte manuell, dann die notwendige Einstellung am Kamerasystem durch die programmierte Recheneinheit automatisch erfolgt, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich,
insbesondere die translatorische Verschiebung zur
ScharfStellung des ersten Bildpunktes manuell vorzunehmen und nach bevorzugt rechnerischer Ermittlung der jeweiligen Achsenlagen die zur ScharfStellung notwendigen
Schwenkbewegungen auch manuell zu steuern.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die
optischen Bedingungen für ein kompromissloses,
systematisches Einstellen der Objektiv- und/oder Bildebenen zu erfüllen, unabhängig von der jeweiligen
Aufnahmesituation, von der Kamerakonfiguration und, im allgemeinen unabhängig vom verwendeten Objektivtyp und dessen Einbauparameter sowie unabhängig von den
Voreinstellungen der Kamera. Bei systematischem Einstellen sind keine iterativen Kompensationsschritte erforderlich. Die Eingabe der Szenenpunkte kann z.B. mit einer Tastatur am Kamerasystem selber oder an einen mit dem System
kommunizierenden Computer erfolgen. Anstelle oder ergänzend zur Tastatureingabe ist es auch möglich, die
Szenenpunktflächenkoordinaten über eine Grafik, die dem aufzunehmenden Bild entspricht oder diesem als Overlay überlagert ist, per Computermausklick einzugeben. In ähnlicher Form - auch durch Spracheingabe - können Befehle „fokussieren" und „verschieben" eingegeben werden, wozu z.B. Eingabegeräte vorteilhaft sind, die mit einem
Tuningrad ein sensitives Fokussieren und Verschieben ermöglichen. Solche Peripheriegeräte können über eine
Schnittstelle, beispielsweise USB-Schnittstelle, an die Systemelektronik oder an einem an das System
angeschlossenen PC eingebunden werden. Mit dem
erfindungsgemässen Vorgehen wird eine hohe
Einstellsicherheit, Qualitäts- und Zeitgewinn erwirkt. Beim erfindungsgemässen Kamerasystem können allenfalls
gewünschte Änderungen des Bildausschnittes bzw. Änderungen der Bildpunktlagen durch Verschieben des Bildwandlerträgers innerhalb der Bildebene und falls erforderlich oder
vorteilthaft, z.B. für die optimale Nutzung des
Objektbildkreisdurchmessers, durch Verschieben des
Objektivträgers innerhalb der Objektivebene erreicht werden. Weil diese Verschiebungen innerhalb der Bild- bzw. Objektivebenen erfolgen, resultieren dabei keine
Defokussierungen .
Dies im Gegensatz zum Stande der Fachkamera-Technik, bei dem die korrekte Kameraeinstellung im allgemeinen iterativ, vielfach mit Drehungen und Verschiebungen des Bildwandler- und Objektivträgers um bzw. in drei Achsen nur als Näherung erreicht werden kann.
Allfällige gewünschte Änderungen der Bildperspektive können durch entsprechendes Drehen der Bildebene erreicht werden. Im Kombination mit der erfindungsgemässen Ansteuerung der Bildebenenposition kann dabei die dadurch erforderliche Schärfekompensation automatisch nachgeführt werden. Dies ist möglich, weil aufgrund des erfindungsgemässen Vorgehens die aktuellen Lagen der Szeneebene und der O jektivebene sowie die ggf. neu einzustellende Lage der Bildebene bekannt sind. Aufgrund der zu erfüllenden Scheimpflug- Bedingung und der Linsengleichung wird die neue Lage der Objektivebene automatisch berechnet und nachgeführt, so dass Schärfeebene und Bildebene optisch konjugiert sind. Im weiteren kann am erfindungsgemässen Kamerasystem,
insbesondere realisiert mittels der Linearaktuatoren, die Orientierung der Fokussieraches optimal entsprechend der jeweiligen Aufnahmesituation und Kamerakonfiguration gewählt werden. Ein jeweils wichtiger Parameter der
Kamerakonfiguration ist dabei die effektive Lage des bildseitigen Hauptpunktes, die abhängig ist vom Objektivtyp und dessen Einbau. Dank der parallel angeordneten
Treiberkonfiguration ist die Lage und Ausrichtung der Schwenkachse in der Objektivebene, die durch den hinteren Hauptpunkt verlaufen soll, unabhängig vom Objektivtyp und dessen Einbau wählbar. Dadurch ist es möglich, mit ein und derselben Kamera ohne Zubehör und Umbau verschiedene
Objektivtypen und Brennweiten in einem grossen
Brennweitenbereich zu verwenden. Selbst für die kürzesten Brennweiten werden keine Retrofokusobj ektive benötigt, was bezüglich optischer Leistung und Gerätekosten vorteilhaft ist .
Im weiteren fokussiert das erfindungsgemässe Kamerasystem insbesondere mit den als Linearaktuatoren ausgebildeten Treibern präziser, da die Linearaktuatoren direkt in
Fokussrichtung wirken und sich die Fehler der einzelnen Gelenke und Führungen nicht aufsummieren . Es sind keine Hebelübertrager notwendig.
Im weiteren kann ein erfindungsgemässes Kamerasystem ohne zusätzlichen Materialaufwand steifer gebaut werden. Es kann grössere Kräfte als vorbekannte Systeme übertragen und dadurch schwerere Kamerakomponenten, z.B. Objektive, stützen, bewegen und positionieren. Aufgrund geringer
Massenträgheitsmomente kann das erfindungsgemässe
Kamerasystem mit einer hohen Dynamik bei gleichem Antrieb betrieben werden.
Aufgrund des modularen Aufbaus des erfindungsgemässen
Kamerasystems können gleiche Komponenten mehrfach verwendet werden, was höhere Losgrössen in der Konstruktion
ermöglicht mit jeweils tieferen Herstellkosten. Desgleichen bewirken die geringen Auswirkungen von grösseren Fertigungstoleranzen auf die Funktionsgenauigkeit des
Systems tiefere Herstell- und Kalibrierkosten.
Das erfindungsgemässe Kamerasystem kann im weiteren zur automatischen Nivellierung des Kamerasystems eingesetzt werden, für Stereoaufnahmen, Makroscan-Aufnahmen, Panorama- Aufnahmen, einfache Objektivvermessungen und als Neigekopf auch für Kleinbild-, Mittelformat- und Videokameras.

Claims

Ansprüche :
1. Kamerasystem mit einem Objektivträger mit Objektiv, welches eine Objektivebene festlegt, einem
Bildwandlerträger mit Bildwandler, welcher eine Bildebene festlegt, wobei
Objektivträger und Bildwandlerträger relativ zueinander beweglich gelagert sind und mittels je gesteuerter Treiber so miteinander wirkverbunden sind, dass sie in Richtung de Fokusachse des Objektivs relativ zueinander translatorisch verschieblich sind, dadurch gekennzeichnet, dass
a) Der Objektivträger um eine Objektivebenen-Achse
schwenkbar ist, die in der Objektiveben liegt, wobei die Lage der Objektivebenen-Achse in der Objektiveben wählbar ist und/oder
b) Der Bildwandlerträger um eine Bildebenen-Achse
schwenkbar ist, die in der Bildebene liegt, wobei die Lage der Bildebenen-Achse in der Bildebene wählbar ist .
2. Kamerasystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Objektivträger oder Bildwandlerträger an einem
Systemträger bzw. Kameragehäuse montiert ist, und
entsprechend ist der Bildwandlerträger bzw. Objektivträger am Objektivträger bzw. Bildwandlerträger gelagert.
3. Kamerasystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die gesteuerten Treiber
Linearaktuatoren umfassen, welche gelenkig, vorzugsweise über Kugel- und/oder Kardangelenke, an Objektivträger einerseits, an Bildwandlerträger anderseits gelagert sind.
4. Kamerasystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke der Linaraktuatoren an Objektivträger oder Bildwandlerträger ein n-Eck aufspannen und, entsprechend an Bildwandlerträger oder Objektivträger, ein m-Eck, wobei
n
vorzugsweise m = — ist, indem dann an Objektivträger oder
Bildwandlerträger jedes zugewandte Endgelenk eines
Linearaktuators eine Ecke definiert und, entsprechend, an
Bildwandlerträger oder Objektivträger jeweils zwei
zugewandte Endgelenke gemeinsam eine Ecke definieren, wobei vorzugsweise eine gerade Anzahl Linearaktuatoren,
vorzugsweise sechs Linearaktuatoren vorgesehen sind.
5. Kamerasystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearaktuatoren
Spindeltriebe umfassen, vorzugsweise elektomotorisch- dabei vorzugsweise gleichstrommotor- oder schrittmotor-getrieben, und vorzugsweise damit Positionsnehmer, bevorzugt einen Drehwinkelnehmer umfassend, vorzugsweise einen
Absolutdrehwinkelnehmer umfassend, wirkverbunden sind.
6. Kamerasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem eine
Szenepunktanwahleinheit sowie eine programmierte
Recheneinheit umfasst, woran Eingänge mit Ausgängen der Szenepunkt-Anwahleinheit und Ausgänge der Recheneinheit mit Steuereingängen für die Treiber wirkverbunden sind.
7. Kamerasystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer Eingabe von drei unterschiedlichen Szenepunkten an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass die drei Bildpunkte der drei Szenepunkte gleichzeitig scharf auf die Bildebene abgebildet werden.
8. Kamerasystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer' Eingabe eines ersten der drei
Szenepunkte an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass Objektivträger und Bildwandlerträger entlang der Fokusachse des Objektivs translatorisch relativ zueinander in eine Relativposition verschoben werden, in der der Bildpunkt des ersten Szenepunktes in der Bildebene scharfgestellt ist.
9. Kamerasystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer Eingabe eines zweiten der drei Szenepunkte an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass der Objektivträger um eine erste
Objektivebenen-Achse, die durch den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt verläuft und die mindestens genähert senkrecht zur Ebene ist, welche gegeben ist durch den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt sowie den ersten und den zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes, in eine Lage geschwenkt wird, in der der zweite Bildpunkt in der Bildebene scharfgestellt ist.
10. Kamerasystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer Eingabe eines dritten der drei Szenepunkte an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass der Objektivträger um eine zweite
Ob ektivebenen-Achse, die mindestens genähert durch die Schnittgerade gebildet ist, von der aktuellen
abbildungsseitigen Objektivhauptebene und der Ebene, welche gegeben ist durch den ersten und zweiten Bildpunkt und den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt, in eine Lage
geschwenkt wird, in der der dritte Bildpunkt in der
Bildebene scharfgestellt ist.
11. Kamerasystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer Eingabe des zweiten der drei
Szenepunkte an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass der Bildwandlerträger um eine erste
Bildebenen-Achse, die durch den ersten Bildpunkt des ersten Szenepunktes verläuft und mindestens genähert senkrecht zur Geraden durch den ersten und zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes steht verläuft, in eine Lage geschwenkt wird, in der der zweite Bildpunkt in der
Bildebene scharfgestellt ist.
12. Kamerasystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit so programmiert ist, dass die
Treiber aufgrund einer Eingabe des dritten der drei
Szenepunkte an der Szenepunkt-Anwahleinheit so angesteuert werden, dass der Bildwandlerträger um eine zweite
Bildebenen-Achse, die durch den ersten und zweiten
Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes verläuft, in eine Lage geschwenkt wird, in der der dritte Bildpunkt in der Bildebene scharfgestellt ist.
13. Verfahren zur Einstellung eines Kamerasystems so dass für eine wählbare Szenenebene das Gesetz nach Scheimpflug mindestens genähert erfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
a) durch eine translatorische Relativbewegung von
Objektivträger und Bildwandlerträger das Bild eines ersten frei wählbaren Szenenpunktes scharfgestellt wird und
bl) Durch eine erste Schwenkbewegung des
Objektivträgers um eine erste Objektivebenen- Achse in der Objektivebene, das Bild eines zweiten frei wählbaren Szenepunktes in der Bildebene scharfgestellt wird, ohne Beeinflussung des Bildes des ersten Szenepunktes;
cl) Durch eine zweite Schwenkbewegung des
Objektivträgers um eine zweite Obj ektivebenen- Achse in der Objektivebene, das Bild eines dritten frei wählbaren Szenepunktes scharfgestellt wird, ohne Beeinflussung der Bilder der ersten und zweiten Szenenpunkte,
oder dass
b2 ) Durch eine erste Schwenkbewegung des
Bildwandlerträgers um eine erste Bildebenen-Achse in der Bildebene, das Bild eines zweiten frei wählbaren Szenepunktes scharfgestellt wird, ohne Beeinflussung des Bildes des ersten Szenepunktes; c2) Durch eine zweite Schwenkbewegung des
Bildwandlerträgers um eine zweite Bildebenen-Achse in der Bildebene, das Bild eines dritten, frei wählbaren Szenepunktes scharfgestellt wird, ohne Beeinflussung der Bilder der ersten und zweiten Szenepunkte .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Objektivebenen-Achse so gewählt wird, dass sie durch den abbildungsseitigen Objektivhauptpunkt
verläuft und mindestens genähert senkrecht zur Ebene ist, welche gegeben ist durch den abbildungsseitigen
Objektivhauptpunkt sowie die ersten und zweiten Bildpunkte der ersten und zweiten Szenepunkte.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Objektivebenen-Achse so gewählt wird, dass sie mindestens genähert durch die Schnittgerade gebildet ist, von der aktuellen abbildungsseitigen
Objektivhauptebene und der Ebene, welche gegeben ist durch den ersten und zweiten Bildpunkt und den abbildungsseitigen Obj ektivhauptpunkt .
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildebenen-Achse so gewählt wird, dass sie durch den ersten Bildpunkt des ersten Szenepunktes verläuft und mindestens genähert senkrecht zur Geraden durch den ersten und zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten
Szenepunktes steht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bildebenen-Achse so gewählt wird, dass sie durch den ersten und zweiten Bildpunkt des ersten und zweiten Szenepunktes verläuft.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Lagen der Objektivebenen oder Bildebenen-Achsen aufgrund der Szenenpunkeingaben automatisch ermittelt werden.
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