WO1996021882A1 - Kamera mit objektiv- und bildträgereinstellvorrichtung und scharfstellverfahren - Google Patents
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- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
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- G—PHYSICS
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- 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
- G03B19/00—Cameras
- G03B19/02—Still-picture cameras
- G03B19/10—Plate or cut-film cameras
Definitions
- the invention relates to a focusing method of a camera and this itself
- a focusing screen pivotable about two axes perpendicular to one another and perpendicular to the bank direction
- Image sensor swivel angle are fed to the processor, and in their image sensor level
- Focus sensor which delivers a focus
- Focus sensor can be positioned in two image sensor coordinates, which are fed to the processor together with the focus
- Image carrier distance from the lens one after the other in each case in its focus setting by detecting the associated image sensor coordinates and the
- Output image level can be determined mathematically and from this together with a further calculation necessary
- mapping parameters by solving mapping equations such setpoint values for pivots of the
- Image carrier to lens carrier are calculated and output
- Such a camera is known from DE 34 33 412 C2. With this, the lens focal length, a
- Image scale related to the imaging optics
- the main lens plane from the image plane is fed to the processor either by keyboard or directly with measuring means which, based on this data, according to Scheimpflug's law, the lens plane, the plane to which the scene points belong and the plane to which the sharp picture pixels belong, are in a straight line have to cut one
- the target setting of the adjustment angle and the distance is calculated so that after a setting has been made, the selected pixel areas of the scene image at so-called double focus compensation as sharp as possible.
- Structural data of the imaging optics are required as initial values for a closed solution of the imaging equations, in order to find such a position of the imaging plane in relation to the lens setting in which the selected pixel areas lie in the imaging plane and are depicted as sharply as possible. This requires a considerable amount of measuring equipment with high absolute
- Lens adjustment parameters are changed by a predetermined amount and the pull-out difference between its two focus positions is measured for a selected image point and a first set of imaging equations using the original lens adjustment parameters and an undefined object width as well as a further set of imaging equations using the varied lens adjustment parameters and the undefined ones to the
- mapping equations with respect to the lens setting parameter and with respect to the respective focusing associated image width are formed and the predefined setting change and the measured
- Extraction difference are used in the above-mentioned derivations and these are resolved according to the target setting parameters.
- the setting procedure can be done as follows
- the photographer sets the perspective by swiveling the focusing screen and then carries out a very rough pre-focusing of the picture, generally by changing the extract and in individual cases by swiveling the lens.
- the focusing screen plane which defines its normal vector, but not its distance from the lens, which is not required here, as well as the set swivel angle ⁇ o and ⁇ o of the lens are built into the standards
- the X axis here is the axis parallel to the optical bench of the camera, which is defined by the The center of the lens goes, the Y axis runs perpendicular to it in the horizontal direction, the Z axis in the vertical direction.
- the output image plane is mapped into the object space; the plane generated in this way is mapped back into the image space with the lens being varied
- the aim is to align the resulting new image plane parallel to the set focusing screen plane.
- the necessary lens displacement angle ⁇ and ⁇ is intended to be set as well as the point of intersection xb should arise to by focusing screen and X-axis
- the ground glass will be like this
- the following parameters of the output image plane, the focusing screen and the lens are a o , b o , a m , b m , ⁇ and ⁇ 0 quite easy to determine: am, bm, ⁇ o and ⁇ o directly by reading out the ones attached to the standards
- Image width change ⁇ b clearly depends on the object width s of point S, so that the value of ⁇ can be determined from ⁇ b and the adjustment angle ⁇ used. If s is known, the absolute value of b can be determined directly using the mapping equation. The absolute error of the value for b lies in the magnitude of the measurement error of the pull-out difference ⁇ b, which is very exact
- Output image plane with the X-axis, x o can be according to its z-axis section d o calculate and insert into relationships (1), (2) and (3).
- the accuracy of the method can be further increased by not only measuring one but several pull-out differences at different adjustment angles und and averaging the values for s obtained from them. If the CCD chip is swiveled by a suitable motor when the lens is swiveled
- the accuracy of the fitted parameters naturally increases with the number of measured values; here too it is possible to carry out the measurements automatically
- Focusing process delivers.
- the method is based on the fact that a sharpness measurement number is determined for the image region under consideration, which depends on the distance of the measurement CCD (in the x-direction) from the focus and becomes maximum in focus. Outside of focus, its value is a measure of the distance of the CCD from the focus point. If you take advantage of this, you only have to go through the surroundings of the focus once at the beginning in order to determine the course of the sharpness index for the image region in question depending on the relative location on the X axis; From the reduction in the sharpness index when the lens is pivoted, the focus difference and thus the pull-out difference can then be deduced without refocusing. This procedure enables a faster measurement of the pull-out difference of ⁇ b in
- the X-axis of the "bench-fixed" camera coordinate system is thus provided with a zero point, the distance from the lens of which is known very precisely and relative to which all further separation differences can be measured with high accuracy; the length measuring sections of the displacement transducer used for this need only be a few cm long.
- the focusing screen level must still be determined directly in absolute terms (all lengths in the y * and z * directions) are in the cm range and can therefore also be easily determined with the required accuracy using inexpensive displacement transducers.
- Pixels which lead to an undesired change in perspective, should be avoided when focusing with double focus compensation if a thin lens is around them
- Macro lens normal lens II, normal lens I and
- This finding is used to advantageously simplify the setting of the lens by inserting each lens in accordance with its optimal swivel axis position, which prevents migration, by inserting it into the
- lens adapter inserts is advantageous and inventive, regardless of the use in the automatic setting system, since it also applies to one
- Fig. 2 shows the functional dependence of the image width on the separation difference at different lens pivoting angles in each case
- Fig. 3 shows absolute errors in the image width given
- Fig. 5 show a lens standard frame
- Fig. 1 shows a camera with an optical bench (OB), which can also be composed of several sections.
- a lens mount (OT) is mounted on it, which carries a lens (O) which is held pivotably about two axes (Y, Z).
- the swivel angles ( ⁇ , ⁇ ) are signaled to the processor (PR) via angle sensors. Possibly. electrically controlled object swivel drives (HA, VA) are provided, which are controlled by the processor (PR).
- a CCD sensor (CD) is in the image sensor level
- Pixel brightness signals (SS) of the respectively selected area to the processor (PR) for evaluation on a
- the image carrier (BT) is on the bench (OB) with a
- Extension adjustment device (AA) axially adjustable
- the adjustment signal to the processor (PR) is fed as the extension distance (AW).
- Pull-out adjustment device (AA) may have an electrically controlled drive, which is controlled by the processor (PR).
- the Z axis is directed upwards and the Y axis to the side.
- three scene points (S1 - S3) are to be imaged sharply in the image pickup plane (BA) and arranged in a certain perspective to one another.
- the three scene points (S1 - S3) generally lie in an initial image plane that deviates from the focusing screen and is therefore determined by the three image points (B1 - B3).
- the Example is the first pixel (Bl) with the
- Position coordinates (Y1 * , Z1 * ) are in focus using the sensor (CD) on the focusing screen.
- Pixels (B2, B3) lie outside the focusing screen.
- the focusing screen can still be seen out of focus. This results in the statement of differences (x1 - x2, x2 - x3) of the position of the points in the X direction and their Y * and Z * position coordinates on the focusing screen, which are based on the
- the lens (O) is pivoted by a predetermined angle ( ⁇ ) and a previously focused measuring point is brought into focus again, the change in focus ( ⁇ b) being measured.
- the lens focal length (f) which are usually electrically encoded to be transmitted from the lens into the processor, can be to the output signals ( ⁇ to, ⁇ should, xb soll) for the pivoting of the pixels in the new image plane parallel to the ground glass screen, and their Calculate and output the corresponding parallel displacement in the X direction as far as this.
- the focal length (f) can be set as the image width without any further measurement.
- the novel device thus does not require any special distance measuring means for measuring the objective-image plane distance, and such a distance measure or a
- Image scale or the like are also not to be entered into the processor, since they have been replaced by the difference in extraction measurement; the existing measuring equipment is also used.
- the new computing method does not require the measurement of the absolute distances of the pixels from the lens.
- Detection processes can be carried out both by hand, the focus being displayed by the processor, and, if necessary, using electrical adjusting means
- the target extension dimension can be adjusted by hand based on
- processor-controlled setting instructions or, if necessary, directly with the electrical actuating means by the processor
- 3 and 4 show error graphs for a lens with a focal length of 65 to 1800 mm, with an extraction measurement accuracy of 10 ⁇ m and an angle measurement accuracy of 1 ′ being assumed and swivel angle ⁇ of 5 °, 7 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 ° and 30 ° are selected as parameters.
- swivel angle ⁇ 5 °, 7 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 ° and 30 ° are selected as parameters.
- the error can be kept small even with large focal lengths.
- the x-coordinate determination from the extension distance (AW) which is measured with the specified accuracy by measurement technology, and a roughly rasterized but exact basic dimension are combined he follows.
- the optical bench (OB) FIG. 1, has a mechanical one
- Grid in particular a perforated grid (L1 - LN), which is used for the grid-accurate positioning of the slide (OT) and the image carrier (BT) on the bench by pinning.
- Several bank sections (OB1, OB2) are each grid-accurate with one another by pinning in the
- the x coordinate determination is thus carried out first, as shown, with a relatively large error, after which the dimensions are classified in the next adjacent grid section and the remaining distance from the grid point found is added to the associated grid dimension, so that the absolute total error is only slightly larger than that the
- Image width determination is achieved.
- the grid length is expediently chosen to be smaller than the measuring distance of the extension distance and several times larger than the largest absolute error that occurs with a given one
- the hole pattern provides a further alternative to determining the image width or scale indirectly, in that the lens carrier (OT) is shifted by at least one grid length and before and after a scene point is focused, with the extension length
- Locking devices on the standards and the bank connectors are advantageous designs of the camera arrangement for the use of the novel focusing method.
- the formulas given can also be extended to lenses with several main planes, and it can also be taken into account that the pivoting of the lens often does not take place about a main plane axis but parallel to it.
- the distance d h of the main planes results in a parallel offset h
- object-side parts of the equation systems are invariant with regard to the change in attitude.
- the further method does not start from two attitudes and the associated systems of equations but from a completely differential view of the
- the range lies between the
- Main levels up to the main level H 'and can be determined for the normal use of an objective.
- the pivoting of the lens can, if the optimal swivel axis position does not match the mechanical swivel axis
- the lens can be adjusted particularly easily if the optimal swivel axes are aligned with the mechanical swivel axes.
- the mechanical swivel axes must meet the optical axis at one point and the lens must thus in the
- Objective standards are used so that its optimal swivel axes coincide with the mechanical swivel axes.
- Lens carrier (OT) to set an adapter insert (E1 - E3), so that the frame reference surface (SOS) each have a certain axial offset to the respective
- Lens lies. In the first use (E1) in FIG. 5, the lens is shifted towards the object, in the second use (E2) in FIG. 6 there is no axis shift from the usual position and in the third use (E3) the lens is closed
- Adapter inserts (E1 - E3) are therefore flat or extend tube-like inwards or outwards from the holding frame (HR).
- Focusing an already preset partially focused image only requires re-adjustment of the camera to a limited extent was used according to the invention by, after determining gradients
- Adjustment parameters with these gradients are used to determine the necessary parameter adjustment by iterative calculation, whereby it is proven that an adequate one
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Abstract
Aus relativen Auszugsmesswerten (x1 - x2, x2 - x3, Δb) bei der Scharfstellung verschiedener Bildpunkte (B1 - B3) einer mehrfach verschwenkbaren Balgenkamera und aus den Schwenkwinkeln (α,β, Υ, Ζ) werden Einstellwinkel (Υsoll, Ζsoll) für einen doppelten Schärfeausgleich ermittelt, wobei auf eine genaue Abstandsmessung zwischen dem Objektivträger (OT) und dem Bildträger (BT) verzichtet wird, indem mindestens ein relativer Auszugsmesswert (Δb) bei einer vorgegebenen Objektivverstellung erfasst und ausgewertet wird. Die optische Bank (OB) kann mit einer Rastenanordnung für den Bildträger (B1), den Objektivträger (OT) und Bankabschnitte (OB1, OB2) ausgerüstet sein.
Description
Kamera mit Objektiv- und Bildträgereinstellvorrichtung und Scharfstellverfahren
Die Erfindung betrifft ein Scharfstellverfahren einer Kamera und diese selbst
mit einem Objektivträger und einem Bildträger, die relativ zueinander in einer Bankrichtung abstandveränderbar gehalten sind, wobei die demgemäßen Abstandsänderungen einem Prozessor zugeführt werden,
und in deren Objektivträger ein Objektiv um zwei
zueinander senkrechte und zur Bankrichtung senkrechte Achsen verschwenkbar gehalten ist, dessen beiden demgemäßen
Objektivschwenkwinkel und die Objektivbrennweite dem
Prozessor zugeführt werden,
und in deren Bildträger eine Bildaufnehmerebene,
insbesondere eine Mattscheibe, um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung senkrechte Achsen verschwenkbar
gehalten ist, deren beiden demgemäßen
Bildaufnehmerschwenkwinkel dem Prozessor zugeführt werden, und in deren Bildaufnehmerebene ein
Scharfeinstellungssensor, der ein Schärfemaß liefert, in zwei Bildaufnehmerkoordinaten positionierbar ist, die dem Prozessor zusammen mit dem Schärfemaß zugeführt werden,
wobei für die gleichzeitige Scharfeinstellung mindestens dreier ausgewählter Bildpunktbereiche, die in einer
Ausgangsbildebene liegen,
- diese auf der Bildaufnehmerebene mit dem
Scharfeinstellungssensor durch die Änderung des
Bildträgerabstandes vom Objektiv nacheinander jeweils in ihrer Scharfeinstellung unter Erfassung der zugehörigen Bildaufnehmerkoordinaten und der
Bildträgerabstandsänderungen lagemäßig im Prozessor erfaßt werden,
- und aus den so erhaltenen Eingangsdaten vom Prozessor Lageparamter der Bildaufnehmerebene und der
Ausgangsbildebene rechnerisch ermittelt werden und daraus zusammen mit einem berechnungsnotwendigen weiteren
Abbildungsparameter durch Lösung von Abbildungsgleichungen solche Solleinstellwerte für Verschwenkungen des
Objektivträgers und einer Abstandseinstellung des
Bildträgers zum Objektivträger errechnet und ausgegeben werden,
- so daß die mit diesen Solleinstellwerten eingestellte neue Bildebene mit der Bildaufnehmerebene möglichst zur Deckung kommt.
Eine derartige Kamera ist aus der DE 34 33 412 C2 bekannt. Bei dieser werden die Objektivbrennweite, ein
Abbildungsmaßstab, auf die Abbildungsoptik bezogene
Raumkoordinaten von drei ausgewählten Bildpunktbereichen eines Szenenbildes, wozu eine Schärfesonde als Hilfsmittel dient, Verstellwinkel der Objektiv- und Bildebenenneigungen und -verschwenkungen und der Abstand einer
Objektivhauptebene von der Bildebene dem Prozessor entweder per Tastatur oder unmittelbar mit Meßmitteln zugeführt, der aus diesen Daten nach dem Gesetz von Scheimpflug, dem nach sich die Objektivebene, die Ebene der die Szenenpunkte angehören und die Ebene, der die scharfen Bildpunkte angehören, in einer Geraden zu schneiden haben, eine
Sollvorgabe der Verstellwinkel und des Abstandes berechnet, so daß nach einer damit vorgenommenen Einstellung die ausgewählten Bildpunktbereiche des Szenenbildes bei
sogenanntem doppelten Schärfeausgleich möglichst scharf abgebildet werden. Bei dieser Vorrichtung werden also die absoluten Raumkoordinaten der Bildpunkte und die
Strukturdaten der Abbildungsoptik als Ausgangswerte für eine geschlossene Lösung der Abbildungsgleichungen erforderlich, um jeweils eine solche Lage der Abbildungsebene in Bezug auf die Objektiveinstellung zu finden, in der die ausgewählten Bildpunktbereiche in der Abbildungsebene liegen, möglichst scharf abgebildet sind. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand an Meßmitteln mit hohen absoluten
Genauigkeitsanforderungen. Darüber hinaus gilt das bisher benutzte Gesetz von Scheimpflug nur für die Abbildung im paraxialen Bereich einer dünnen Linse, die in der Praxis bedeutungslos ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine automatische
Scharfeinstellung eines Szenenbildes bei doppeltem
Schärfeausgleich mit zur eingangs bezeichneten Kamera verringertem Meßmittelaufwand und vereinfachter Vorrichtung und mit praxisgerechten Objektiven zu erreichen.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein
Objektiveinstellparameter um ein vorgegebenes Maß verändert wird und dabei für einen ausgewählten Bildpunkt die zwischen seinen beiden ScharfStellungen liegende Auszugsdifferenz gemessen wird und ein erster Satz der Abbildungsgleichungen unter Einsetzung der ursprünglichenObjektiveinstellparameter und einer unbestimmten Objektweite sowie ein weiterer Satz der Abbildungsgleichungen unter Einsetzung der variierten Objektiveinstellparameter und der unbestimmten um die
Auszugsdifferenz geänderten Objektweite, aufgrund der
Invarianz der Szenenabbildungsgleichungsteile gleichgesetzt, nach den Solleinstellvariablen aufgelöst werden oder
funktionale Ableitungen der Abbildungsgleichungen bezüglich des Objektiveinstellparameters und bezüglich der jeweiligen Scharfstellung zugehörigen Bildweite gebildet werden und die
vorgegebene Einstellungsänderung und die gemessene
Auszugsdifferenz in die genannten Ableitungen eingesetzt werden und diese nach den Solleinstellparametern aufgelöst werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch das neue Verfahren erübrigt sich die absolute
Entfernungsmessung zwischen dem Objektivträger und dem
Bildträger. Es genügt, daß jeweils die
Winkelmeßvorrichtungen vorhanden sind und die relative
Abstandsmessung, also die Auszugsänderungen bei den
verschiedenen Scharfeinstellungen sowie die
Koordinatenmessungen auf der Mattscheibe und die
Scharfstellungsbestimmung vorhanden sind.
Das Einstellverfahren läßt sich zu folgendem Ablauf
zusammenfassen:
Der Photograph stellt die Perspektive durch Verschwenken der Mattscheibe ein und führt anschließend eine sehr grobe Vor-Fokussierung des Bildes im allgemeinen durch Veränderung des Auszuges und in Einzelfällen durch Verschwenken des Objektives durch. Die Parameter am und bm der
Mattscheibenebene, die ihren Normalenvektor festlegen, nicht jedoch ihren Abstand vom Objektiv, der hier nicht benötigt wird, sowie die eingestellen Verschwenkwinkel Θo und Φo des Objektives werden über in die Standarten eingebaute
Winkelaufnehmer in den Rechner eingelesen.
Bestimmung der Koordinaten bi = (xi, yi, zi) von
mindestens drei Bildpunkten durch Fokussieren mit Hilfe eines CCD-Sensors od. dgl; das Kameraobjektiv ist dabei um die Winkel Θo und Φo verschwenkt. Die X-Achse sei hier die Achse parallel zur optischen Bank der Kamera, die durch den
Objektivmittelpunkt geht, die Y-Achse verlaufe senkrecht dazu in horizontaler, die Z-Achse in vertikaler Richtung.
Anfitten der Ebene, für die die Summe der
Abstandsquadrate der ausgemessenen Bildpunkte minimal wird. Die Parameter dieser Ausgangs-Bildebene seien ao, bo und do, sie ist dann gegeben durch = aox + boy + do.
Bestimmung der Bildweite b aus der Auszugsdifferenz Δb jeweils bei scharfStellung eines bestimmten Bildpunktes bei einer vorgegebenen Objektiv-Schwenkwinkeländerung - nach den Gleichungen (5) bis (7),
Bestimmung der Bildweite b bei unverschwenktem Objektiv nach Gleichung (8),
Bestimmung der z-Achsenparameter do nach Gleichung (9).
Berechnung der Soll-Objektiv-Verstellwinkel Θsoll - Φsoll und des Mattscheibenschnittpunktes xbsoll mit der X-Achse nach den Gleichungen (1), (2) und (3).
Die Ausgangs-Bildebene wird in den Objektraum abgebildet; die so erzeugte Ebene wird bei variierter Objektiv- Verschwenkung in den Bildraum zurück abgebildet mit dem
Ziel, die dadurch erhaltene neue Bildebene parallel zur eingestellten Mattscheibenebene auszurichten. Die dazu notwendigen Objektiv-Verstellwinkel Θsoll und Φsoll sowie der einzustellende Schnittpunkt xbsoll von Mattscheibe und X-Achse ergeben sich zu
Als physikalische Grundlage dient hierbei ausschließlich die Abbildungsgleichung für dünne Linsen; es ist nachzuweisen, daß sich das Verfahren auf einfache Weise auch für die
Verwendung beliebiger Objektive, deren optisches Verhalten immer durch ihre Brennweite sowie die Lage ihrer beiden Hauptebenen definiert ist, modifizieren läßt.
Das Objektiv wird jetzt um die derart berechneten Winkel Θ und Φ verschwenkt (dabei entspräche Θ = Φ = 0 gerade der Situation, daß das Objektiv senkrecht auf der optischen Bank der Kamera steht). Die Mattscheibe wird so
parallelverschoben, daß sie die X-Achse an der Stelle xb schneidet.
Es wird insgesamt also folgende Transformation der
Eingangsdaten durchgeführt:
Die beiden Abbildungsgleichungen der Ausgangsbildebene und der neuen Bildebene, die in der Mattscheibenebene zu liegen kommt, sind auf die invariante Szenenebene bezogen, weshalb die beiden Objektebenen unmittelbar korreliert werden. Somit ergeben sich Gleichungen, die nicht auf dem Prinzip von Scheimpflug aufgebaut sind, da keine Szenenebene bestimmt wird und auch nicht die Gleichungen der Schnittgeraden zwischen der Szenen- und der Objektivebene sowie der
Objektiv- und Bildebene bestimmt werden.
In den Beziehungen (1), (2) und (3) für die Einstellung der Kamera sind die folgenden Paramter der Ausgangs-Bildebene, der Mattscheibe und des Objektives ao, bo, am ,bm,Θound Φ0
recht einfach zu bestimmen: am, bm, Θo und Φo direkt über das Auslesen von an den Standarten angebrachten
Winkelaufnehmern, ao und bo über die Messung von
Auszugsdifferenzen beim Fokussieren der Bildpunkte Bi. Die Messung des weiteren Parameters do der Ausgangs-Bildebene jedoch wirft insofern nicht unerhebliche technische Probleme auf, als daß der absolute Wert des Auszugs für jeden der Punkte Bi sehr exakt (auf ca. 50...100μm genau) bestimmt werden muß. Da die Auszugslänge Werte bis zu einem Meter und mehr erreichen kann, bedeutet dies, daß der Abstand des Bildpunktes Bi vom Objektiv mit einem Fehler von maximal 0,1 Promille direkt gemessen werden muß. Dies ist zwar möglich, technisch jedoch aufwendig, weshalb wir ein indirektes
Vorfahren zur Bestimmung der Auszugslänge ontwickelt haben. Deshalb wird erfindungsgemäß eine indirekte Bestimmung dieses Parameters vorgenommen.
Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die Bildweite b eines vom Objektiv abgebildeten Objektpunktes S ändert, wenn das Objektiv geschwenkt wird. Das Ausmaß dieser
Bildweitenänderung Δb hängt in eindeutiger Weise von der Gegenstandsweite s des Punktes S ab, so daß der Wert von × aus Δb und dem verwendeten Verstellwinkel Θ bestimmt werden kann. Ist s bekannt, kann über die Abbildungsgleichung direkt der Absolutwert von b ermittelt werden. Der absolute Fehler des Wertes für b liegt dabei in der Größenordnung des Meßfehlers der Auszugsdifferenz Δb, die sehr exakt
bestimmbar ist (besser als auf ca. 50μm, so daß der relative Fehler den zulässigen Wert nicht überschreitet.
Besonders einfach wird diese Methode, wenn man das Objektiv nur um die Y-Achse um den Winkel Θ verschwenkt (d.h. Φ = 0) und einen Objektpunkt S heranzieht, der in der XY-Ebene liegt. Dann ist der Abstand dieses Punktes von der
Objektivebene allein durch seine Bildweite s und den
Verstellwinkel Θ gegeben gemäß
Die Auszugsdifferenz Δb (s, Θ) wird entsprechend definiert als
Daraus ergibt sich direkt der folgende Ausdruck für die Gegenstandsweite s:
Physikalisch relevant ist hierbei nur die Lösung mit dem Pluszeichen vor dem Wurzelausdruck, weil nur sie einen Wert s = f liefert, der zu einer reellen Abbildung des Punktes führt. Die Bildweite des Punktes für Φ = 0, relativ zu der die Auszugsdifferenz Δb gemessenen wird, kann jetzt mit Hilfe der Abbildungsgleichung gemäß
bestimmt werden; es ist jetzt möglich, auch alle anderen gemessenen relativen Auszüge (d.h. die x-Koordinaten der scharf abzubildenden Bildpunkte Bi) absolut anzugeben, ohne irgendeine Bildweite direkt gemessen zu haben, da die X-Achse jetzt mit einem definierten Nullpunkt versehen ist;
die y- und z-Koordinaten sind einfach aus der Position des beweglichen CCD-Chips auf der Mattscheibe, der X-Achsenlage dort und den Schwenkwinkeln α, ß der Mattscheibe, abzuleiten, Aus dem jetzt absolut bestimmbaren Schnittpunkt der
Ausgangsbildebene mit der X-Achse, xo, läßt sich ihr z-Achsenabschnitt do gemäß
berechnen und in die Beziehungen (1), (2) und (3) einsetzen.
Die Genauigkeit des Verfahrens läßt sich noch steigern, indem man nicht nur eine, sondern mehrere Auszugsdifferenzen bei unterschiedlichen Verstellwinkeln Θ mißt und die aus ihnen erhaltenen Werte für s mittelt. Wenn beim Verschwenken des Objektives der CCD-Chip durch geeignete motorische
Steuerung stets auf der Verbindungslinie
Objektivmittelpunkt-Anfangsposition (Θ = 0) gehalten wird, kann eine große Anzahl von Δb-Werten für viele verschiedene Werte von 0 während des Objektiv-Verschwenkvorgangs bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit des erhaltenen Wertes für die Gegenstandsweite sehr groß wird.
Sollte einmal kein geeigneter Objektpunkt zur Verfügung stehen, der in der XY-Ebene liegt, kann natürlich auch jeder beliebige andere Objektpunkt verwendet werden; die Rechnung wird dabei allerdings ein wenig komplizierter, da der
Abstand des Punktes von der Objektivebene auch von seiner z-Koordinate zs abhängt. Es gilt:
und damit
Es müssen jetzt mindestens zwei Werte für Δb bei unterschiedlichen Verstellwinkeln Θ gemessen werden; an den so erhaltenen Verlauf von Δb (Θ) kann dann die Beziehung (11) durch Variation der freien Parameter s und zs
angefittet werden. Der Parameter zs wird nicht weiter benötigt, aus s kann gemäß (8) die Bildweite b(Θ = 0) bestimmt werden. Die Genauigkeit der gefitteten Parameter steigt natürlich mit der Anzahl der gemessenen Werte; auch hier ist es möglich, die Messungen durch automatisches
Nachführen des CCD-Chips sehr schnell für sehr viele Werte von Θ durchzuführen.
Von der Tatsache, daß während der Bestimmung der
Auszugsdifferenzen der Meß-CCD immer auf die gleiche Stelle im Bild ausgerichtet sein muß, läßt sich profitieren, indem man die vollständige Information nutzt, die das
Fokussierverfahren liefert. Das Verfahren basiert darauf, daß für die betrachtete Bildregion eine Schärfemeßzahl ermittelt wird, die vom Abstand des Meß-CCDs (in x-Richtung) vom Fokus abhängt und im Fokus maximal wird. Außerhalb des Fokus ist ihr Wert ein Maß für den Abstand des CCDs vom Schärfepunkt. Nutzt man dies aus, braucht nur einmal zu Anfang die Umgebung des Fokus durchfahren zu werden, um für die betrachtete Bildregion den Verlauf der Schärfemeßzahl in Abhängigkeit vom relativen Ort auf der X-Achse zu ermitteln; aus der Verringerung der Schärfemeßzahl beim Verschwenken des Objektivs kann dann gleich auf die Fokus- und damit direkt auf die Auszugsdifferenz geschlossen werden, ohne jeweils neu zu fokussieren. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine schnellere Messung der Auszugsdifferenz von Δb in
Abhängigkeit vom Objektiv-Verschwenkwinkel Θ.
Mit den hier dargestellten Verfahren ist es möglich, allein aus der Bildinformation alle notwendigen Verstellparameter
zu ermitteln; zusätzlich wird umgangen, die Bildweiten der scharf wiederzugebenden Bildpunkte durch direkte
Längenmessung zu ermitteln, was mit der erforderlichen
Genauigkeit technisch sehr aufwendig und daher mit hohen Kosten verbunden wäre. Statt dessen wird die
Gegenstandsweite eines prinzipiell beliebigen Objektpunktes durch Messung der Bildweite seines Bildpunktes bei
verschiedenen Objektivstellungen berechnet und daraus der Absolutwert der Bildweite bei nicht verschwenktem Objektiv ermittelt. Die X-Achse des "bankfesten" Kamera-Koordinatensystems wird also mit einem Nullpunkt versehen, dessen Abstand vom Objektiv sehr exakt bekannt ist und relativ zu dem alle weiteren Auszugsdifferenzen mit hoher Genauigkeit gemessen werden können; die hierzu verwendeten Längenmeßstrecken des Wegaufnehmers müssen nur einige cm lang sein.
Zusätzlich werden alle Probleme vermieden, die sich bei einer direkten Abstandsbestimmung aus der thermischen
Ausdehnung der optischen Bank oder aus dem nicht ganz exakten Zusammensetzen einer geteilten optischen Bank aus mehreren Teilstücken ergeben könnten. Es ist nicht einmal wichtig, ob die Objektiv- und die Bildstandarte überhaupt miteinander verbunden sind. Die Abstände, die in der
Mattscheibenebene noch direkt absolut bestimmt werden müssen (alle Längen in y*- und z*-Richtung), liegen im cm-Bereich und sind daher ebenfalls über preiswerte Wegaufnehmer leicht mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln.
Es ist bekannt, daß das sogenannte Auswandern der
Bildpunkte, das zu einer unerwünschten Perspektiweranderung führt, beim Scharfstellen mit doppeltem Schärfeausgleich dann zu vermeiden ist, wenn eine dünne Linse um solche
Schwenkachsen verschwenkt wird, die sich in der optischen Achse schneiden.Deshalb werden bei den gewöhnlichvorhandenen zur optischen Achse versetzten mechanischen Schwenkachsen
virtuelle Schwenkungen um die sich schneidenden virtuellen Achsen ausgeführt, wozu komplizierte
Ausgleichsverschwenkungen und -verschiebungen erforderlich sind. Hierbei treten oft auch unerwünschte Auswanderungen der Objektivstandarte auf, die zum Erreichen von
Grenzpositionen führt. Weiterhin tritt häufig ein
unerwünscht starkes Auswandern des gesamten
scharfzustellenden Bildes in dem Bildfeld der Mattscheibe auf.
Das Auswandern tritt in noch größerem Maße für in der Praxis eingesetzte Objektive auf, deren Abbildungsverhalten in guter Näherung mittels zweier Hauptebenen zu beschreiben ist. Hierbei zeigen umfangreiche Berechnungen, daß ein
Auswandern vermieden werden kann, wenn sich die
Schwenkachsen in dem Bereich mittig zwischen den Hauptebenen und der Hauptebene H' mit der optischen Achse schneiden. Die günstigste Lage des Schnittpunktes der Achsen ist
fortschreitend von der Mitte zwischen den Hauptebenen in der Folge:
Makroobjektiv, Normalobjektiv II, Normalobjektiv I und
Weitwinkelobjektiv, zur Hauptebene H' gegeben.
Diese Erkenntnis wird zu einer vorteilhaften Vereinfachung der Objektiveinstellung genutzt, indem jedes Objektiv entsprechend seiner optimalen, das Auswandern vermeidenden, Schwenkachsenlage mittels eines Einsatzes in die
Objektivstandarte eingesetzt wird, der die
Objektivaufnahmeebene zur Standartenaufnahmeebene passend axialversetzt hält. Dadurch wird mit der Verschwenkung der Standarte jedes jeweils eingesetzte Objektiv ohne weitere Ausgleichseinstellungen jeweils um die optimale Schwenkachse bewegt, so daß ein Auswandern weitgehend vermieden wird.
Die Verwendung dieser einfachen Adaptereinsätze vereinfacht nicht nur die Einstellung des Objektivs, sondern sie
vereinfacht auch jeweils die Scharfstellung eines
Bildpunktes, wenn eine Objektiwerschwenkung vorgenommen wird, und die gemessenen und zur Abbildungsberechnung genutzten differentiellen Auszugswerte sind gut zu den zugehörigen Verschwenkwinkeln korreliert, was entsprechend genaue Berechnungsergebnisse erbringt.
Die Verwendung der Objektivadaptereinsätze ist unabhängig von der Verwendung in dem automatischen Einstellsystem vorteilhaft und erfinderisch, da auch bei einer
Handeinstellung oder bei semiautomatischer Einstellung des Objektivs das bisher als unvermeidlich geltende Auswandern des Bildes dadurch vermieden wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 bis 7 dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Kamera in vereinfachter Darstellung und ohne Balgen mit schematisierter Steuervorichtung,
Fig. 2 zeigt die funktionale Abhängigkeit der Bildweite von der Auszugsdifferenz bei verschiedenen Objektiv-Verschwenkwinkeln jeweils
brennweitennormiert,
Fig. 3 zeigt absolute Fehler der Bildweite bei gegebenen
Meßfehlern für ein 65 mm Objektiv bei verschiedenen Schwenkwinkeln,
Fig. 4 zeigt Bildweitenfehler für ein 1800 mm Objektiv,
Fig. 5 zeigen einen Objektivstandartenrahmen mit
bis 7 verschiedenen Adaptereinsätzen.
Fig. 1 zeigt eine Kamera mit einer optischen Bank (OB), die auch aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein kann. Auf ihr ist ein Objektivträger (OT) montiert, der ein Objektiv (O) trägt, das um zwei Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist. Die Schwenkwinkel (Θ, Φ) werden über Winkelgeber an den Prozessor (PR) signalisiert. Ggf. sind elektrisch gesteuerte Objektiwerschwenkantriebe (HA, VA) vorgesehen, die von dem Prozessor (PR) angesteuert werden.
Weiterhin ist auf der Bank (OB) ein Bildträger (BT)
angeordnet, der ebenfalls um zwei Achsen verschwenkbar eine Bildaufnehmerebene (BA), die während der Einstellung im allgemeinen mit einer Mattscheibe bestückt ist, trägt. Auch deren Verschwenkwinkel (α, ß) werden über Winkelgeber dem Prozessor (PR) gemeldet. Auch diese Verschwenkungen sind
ggf. durch elektrisch gesteuerte Antriebe vom Prozessor (PR) steuerbar.
In der Bildaufnehmerebene ist ein CCD-Sensor (CD)
positionierbar, wobei jeweils zwei relative Lagekoordinaten (Y1*, Z1*) desselben auf der Mattscheibe an den Prozessor (PR) gegeben werden. Diese Lagekoordinaten können von einer Positioniervorrichtung der Meßsonde (CD) abgenommen werden. Außerdem gibt die CCD-Meßsonde (CD) schärferelevante
Bildpunkthelligkeitssignale (SS) des jeweils ausgewählten Bereichs an den Prozessor (PR) zur Auswertung auf ein
Schärfekriterium in bekannter Weise mittels eines
Fourieranalysators (FA).
Der Bildträger (BT) ist auf der Bank (OB) mit einer
Auszugsverstellvorrichtung (AA) axial verstellbar
angeordnet, deren Verstellsignal dem Prozessor (PR) als die Auszugsweite (AW) zugeleitet ist. Die
Auszugsverstellvorrichtung (AA) hat ggf. einen elektrisch gesteuerten Antrieb, der vom Prozessor (PR) gesteuert wird.
Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der
Kamerascharfeinstellung ist ein karthesisches
Koordinatensystem eingezeichnet, dessen X-Achse durch den Hauptpunkt (H) des Objektivs (O) parallel zur Bank (OB) verläuft. Falls eine verschwenkbare Bank vorgesehen ist, muß deren Verschwenkung gegen die Standarten durch eine
entsprechende Koordinatentransformation berücksichtigt werden. Nach oben ist die Z-Achse und zur Seite die Y-Achse gerichtet. Im einfachsten Fall sollen drei Szenenpunkte (S1 - S3) in der Bildaufnehmerebene (BA) scharf abgebildet werden und in einer bestimmten Perspektive zueinander angeordnet sein. Bei der Voreinstellung von Hand liegen die drei den Szenenpunkten (S1 - S3 ) im allgemeinen in einer von der Mattscheibe abweichenden Anfangs-Bildebene, die somit durch die drei Bildpunkte (B1 - B3 ) bestimmt ist. Im
Beispiel ist der erste Bildpunkt (Bl) mit den
Lagekoordinaten (Y1*, Z1*) mittels des Sensors (CD) auf der Mattscheibe scharf eingestellt. Der zweite und dritte
Bildpunkt (B2, B3) liegen außerhalb der Mattscheibe.
Aus dieser Grundeinstellung wird dann im Laufe des
Verfahrens die Scharfeinstellung vorgenommen. Dazu werden jeweils nach der Positionierung des CCD-Sensors (CD) auf den zweiten bzw. dritten Bildpunkt, der anfangs auf der
Mattscheibe noch unscharf zu sehen ist, AusZugsveränderungen bis zur ScharfStellung vorgenommen. Dadurch ergeben sich am Auszug Differenzangaben (x1 - x2, x2 - x3) der Lage der Punkte in der X-Richtung und deren Y*- und Z*- Lagekoordinaten auf der Mattscheibe, die anhand der
Bildträger-Winkeleinstellungen (α, ß) in relative
Raumkoordinaten, die die Neigungen der Anfangsbildebene beschreiben, umzurechnen sind.
Für die weiteren Berechnungen ist es vorgesehen, eine
Bildweitenbestimmung vorzunehmen, wozu das Objektiv (O) um einen vorgegebenen Winkel (Θ) verschwenkt wird und ein vorher scharf eingestellter Meßpunkt erneut scharf gestellt wird, wobei die Auszugsänderung (Δb) gemessen wird. Unter Hinzunahme der Objektivbrennweite (f), die gewöhnlich elektrisch codiert von dem Objektiv in den Prozessor zu übertragen ist, lassen sich um die Ausgangssignale (Θsoll, Φsoll, xbsoll) zur Verschwenkung der Bildpunkte in die neue Bildebene parallel zur Mattscheibe und deren entsprechende Parallelverschiebung in X-Richtung bis in diese hinein errechnen und ausgeben.
In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Bildweite (b) von der Auszugsdifferenz (Δb) wiedergegeben; beide Größen sind auf die Brennweite (f) normiert, wodurch der Verlauf des Graphen von (f) unabhängig wird. Die Schwenkwinkel betragen (von oben nach unten) Θ = 2°, 5°, 7°, 10°, 15°, 20°, 25° und 30°.
Je größer der Schwenkwinkel, um so besser läßt sich die
Bildweite bestimmen, da dann eine geringe Bildweite schon eine große Auszugsdifferenz hervorruft. Ist derjenige Wert bf bekannt, für den sich bf meßtechnisch nicht mehr von 1 unterscheiden läßt, gilt für die zugehörige (sehr große) Gegenstandsweite sf.
Ab dieser Objektentfernung sf kann als Bildweite gleich ohne weitere Messung auf die Brennweite (f) eingestellt werden.
Die neuartige Vorrichtung benötigt somit keinerlei spezielle Abstandsmeßmittel zur Messung des Objektiv-Bildebenen- Abstandes, und ein solches Abstandsmaß oder ein
Abbildungsmaßstab od. dgl. sind auch nicht in den Prozessor einzugeben, da sie durch die Auszugsdifferenzmessung ersetzt worden sind; die vorhandenen Meßmittel werden zusätzlich genutzt. Das neuartige Rechenverfahren erfordert nicht die Messung der absoluten Abstände der Bildpunkte zum Objektiv.
Die Einstellungen der Winkel und des Auszugs bei den
Erfassungsvorgängen lassen sich sowohl von Hand vornehmen, wobei das Schärfemaß vom Prozessor zur Anzeige gebracht wird, als auch ggf. mit elektrischen Stellmitteln
automatisch. Das Einstellen der Sollwinkel und des
Sollauszugsmaßes kann durch Hand aufgrund von
prozessorgesteuerten Einstellanweisungen oder ggf. direkt mit den elektrischen Stellmitteln durch den Prozessor
erfolgen.
Fig. 3 und 4 zeigen Fehlergraphen für ein Objektiv mit 65 bis 1800 mm Brennweite, wobei eine Auszugsmeßgenauigkeit von 10μm undμ eine Winkelmeßgenauigkeit von 1' angenommen sind
und Veschwenkwinkel Θ von 5°, 7°, 10°, 15°, 20°, 25° und 30° als Parameter gewählt sind. Bei großen Schwenkwinkeln läßt sich der Fehler auch bei großen Brennweiten klein halten. Da jedoch relativ große Auszugslängen dabei zu messen sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die x-Koordinaten-bestimmung aus der Auszugsweite (AW), die meßtechnisch mit der genannten Genauigkeit erfaßt wird, und aus einem grob gerasterten, aber genauen Grundmaß kombiniert erfolgt. Dazu weist die optische Bank (OB), Fig. 1, ein mechanisches
Raster, insbesondere ein Lochraster (L1 - LN) auf, das der rastergenauen Positionierung des Objektträgers (OT) und des Bildträgers (BT) auf der Bank durch eine Verstiftung dient. Auch mehrere Bankabschnitte (OB1, OB2) werden jeweils rastergenau miteinander durch eine Verstiftung in dem
Lochraster verbunden. Die x-Koordinatenbestimmung erfolgt somit zuerst wie gezeigt mit einem relativ großen Fehler, wonach eine Einordnung des Maßes in den nächst benachbarten Rasterabschnitt erfolgt und auf das zugehörige Rastermaß die Restweite vom gefundenen Rasterpunkt an addiert wird, so daß der absolute Gesamtfehler nur wenig größer als der der
Auszugsweite ist. Dies erlaubt auch mit kleinen
Schwenkwinkeln Θ bei relativ geringen Auszugsweiten zu arbeiten, wobei trotzdem eine hohe Genauigkeit der
Bildweitenbestimmung erreicht wird.
Die Rasterlänge wird zweckmäßig kleiner als die Meßstrecke der Auszugsweite gewählt und um ein mehrfaches größer als der größte absolute Fehler, der bei einem vorgegebenen
Schwenkwinkel auftritt.
Durch das Lochraster ergibt sich eine weitere Alternative zur indirekten Bildweiten- oder Maßstabsbestimmung, indem der Objektivträger (OT) um mindestens eine Rasterlänge verschoben wird und vor- und nachher eine Scharfstellung eines Szenenpunktes erfolgt, wobei die Auszugslänge
ermittelt wird.
Das Raster an der optischen Bank und die zugehörigen
Rastvorrichtungen an den Standarten und den Bankverbindern sind vorteilhafte Ausbildungen der Kameraanordnung für die Anwendung des neuartigen Scharfstellungsverfahrens.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die angegebenen Formeln auch auf Objektive mit mehreren Hauptebenen erweitern, und außerdem läßt sich berücksichtigen, daß die Schwenkung des Objektives häufig nicht um eine Hauptebenenachse sondern parallel versetzt dazu erfolgt. Durch den Abstand dh der Hauptebenen ergibt sich ein paralleler Versatz h der
Bildebene in Richtung vom Objektiv fort aus h = dh . cosα. Daraus leitet sich der Paramter der verschobenen Bildebene dvm ab zu:
Durch Umrechnung auf das Drehpunktkoordinatensystem, dessen Paramter mit dem Hochindex H gekennzeichnet sind, und unter Einsetzung der Soll-Objektiwerstellwinkel ergibt sich die Auszugsverstellung für die doppelte Scharfeinstellung zu
mit dem Z-Achsabschnitt
wobei Ai ein Versatzparameter ist und wobei der Index p jeweils dem Index soll in anderen Gleichungen entspricht.
Im Vorstehenden sind verschiedene Lösungswege zur Errechnung der Solleinstellwerte dargestellt. Bei der größten
Vereinfachung der Formeln, die für die dünne Linse gelten, wurde der differentielle Zusammenhang der Auszugsweite zu einer Objektivschwenkwinkeländerung in die Gleichungen eingeführt und eine geschlossene Lösung für die gesuchten Solleinstellwerte angegeben.
Werden komplexere Gleichungen angewandt, die eine genauere Beschreibung des AbbildungsSystems erbringen, führen zwei Betrachtungsarten zur Lösung der Gleichungen. Bei der einen Methode werden für die zugehörigen Parameterpaare des
Auszugs bei den ScharfStellungen, d.h. der Anfangsauszug und der Anfangsschwenkwinkel als unbestimmte Größen in ein erstes Gleichungssystem sowie der Endauszug, der aus der unbestimmten Größe und der Auszugsänderung bestimmt ist, mit dem Endschwenkwinkel, in ein zweites Gleichungssystem eingesetzt, wodurch bei Gleichssetzung der beiden Systeme die unbestimmte Größe eliminiert werden kann und die
Gleichungen wegen ihrer Komplexität nicht geschlossen aber nach bekannten Iterationsmethoden gelöst werden können. Die Gleichsetzung der beiden bildseitigen Teile der
Gleichungssysteme ist möglich, weil die beiden
objektseitigen Teile der Gleichungssysteme bezüglich der Einstellungsveränderung invariant sind.
Die weitere Methode geht nicht von zwei Einstellungen und den zugehörigen Gleichungssystemen aus sondern von einer gänzlich differentiellen Betrachtung des
Abbildungsgleichungssystems. Die Ableitungen der Gleichungen betreffend der zu variierenden Parameter bzw. des von der variationsabhängigen Parameters ergeben mit den eingesetzten reellen Größen der gemessenen Abhängigkeiten weitere
Gleichungen, die zusammen mit dem Ausgangsgleichungssystem iterativ so zu lösen sind, daß die gesuchten
Solleinstellwerte gefunden werden.
Die Bestimmung der gegenseitigen Abhängigkeiten der
Objektiwerstellungen zu der AuszugsVeränderung jeweils bei Scharfstellung ist technisch besonders einfach und
weitgehend ohne Auswanderung des Bildes zu bewerkstelligen, wenn das Objektiv um eine ganz bestimmte Schwenkachse geschwenkt wird, die sich mit der optischen Achse in einem bestimmten Punkt oder engen Bereich schneidet. Dieser
Bereich liegt je nach Objektivtyp mitten zwischen den
Hauptebenen bis zur Hauptebene H' und ist für den üblichen Einsatz eines Objektives festlegbar. Die Verschwenkung des Objektivs kann, wenn die optimale Schwenkachsläge mit der mechanischen Schwenkachse nicht übereinstimmt, durch
entsprechende Ausgleichsverschiebungen virtuell um die optimale Achse erfolgen, was jedoch jeweils entsprechende Berechnungen der Ausgleichseinstellungen und entsprechende Stellmittel erfordert.
Eine besonders einfache Einstellbarkeit des Objektivs ergibt sich, wenn die optimalen Schwenkachsen mit den mechanischen Schwenkachsen zur Deckung gebracht werden. Die mechanischen Schwenkachsen müssen sich dazu mit der optischen Achse in einem Punkt treffen und das Objektiv muß so in die
Objektivstandarte eingesetzt werden, daß seine optimalen Schwenkachsen sich mit den mechanischen Schwenkachsen decken.
Hierzu ist es, wie Fig. 5 bis 7 zeigen, vorteilhaft
vorgesehen, zwischen den Halterahmen (HR) des
Objektivträgers (OT) jeweils einen Adaptereinsatz (E1 - E3) zu setzen, so daß die Rahmenbezugsfläche (SOS) jeweils einen bestimmten axialen Versatz zu der jeweiligen
Objektivbezugsfläche (BF01 - BF03) aufweist und demgemäß die Schwenkachse (Y) des Objektivträgers (OT) passend im
Objektiv liegt.
Bei dem ersten Einsatz (E1) in Fig. 5 ist das Objektiv zum Gegenstand hin verschoben, beim zweiten Einsatz (E2) in Fig. 6 liegt keine Achsverlagerung aus der üblichen Stellung vor und beim dritten Einsatz (E3) ist das Objektiv zur
Mattscheibe hin verschoben. Die verschiedenen
Adaptereinsätze (E1 - E3 ) sind somit plan oder erstrecken sich tubusartig einwärts oder auswärts vom Halterahmen (HR) aus.
Die Erkenntnis, daß die aufgabengemäße weitgehende
Scharfstetlung einer bereits voreingestellten teilweise scharfgestellten Abbildung nur eine Nachstellung der Kamera in beschränktem Rahmen erfordert, wurde erfindungsgemäß genutzt, indem nach der Bestimmung von Gradienten der
Verstellparameter mit diesen Gradienten zielgerichtet die notwendige Parameternachstellung durch iterative Berechnung ermittelt wird, wobei nachweislich eine hinreichende
Genauigkeit erreicht wird.
Die äußerst genaue Scharfstellung nach dem Verfahren
erlaubt, wie sich gezeigt hat, jeweils die Verwendung optimaler Blendenöffnungen, die einerseits entspreched der jeweils erforderlichen Schärfentiefe bei moderatem
Lichtbedarf und andererseits weitgehend Beugungsunschärfen vermeidend, gewählt wird.
Claims
1. Scharfstellverfahren für eine Kamera
mit einem Objektivträger (OT) und einem Bildträger (BT), die relativ zueinander in einer Bankrichtung (X)
abstandveränderbar gehalten sind,
wobei die demgemäßen Abstandsänderungen (x1 - x2; x2 - x3, Δb) einem Prozessor (PR) zugeführt werden,
und in deren Objektivträger (OT) ein Objektiv (O) um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung (X) senkrechte Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist, dessen beiden demgemäßen Objektivschwenkwinkel (Θ, Φ) und die
Objektivbrennweite (f) dem Prozessor (PR) zugeführt werden, und in deren Bildträger (BT)) eine Bildaufnehmerebene (BA), insbesondere eine Mattscheibe, um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung (X) senkrechte Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist, deren beiden demgemäßen
Bildaufnehmerschwenkwinkel (α, ß) dem Prozessor (PR)
zugeführt werden,
und in deren Bildaufnehmerebene (BA) ein
Scharfeinstellungssensor (CD), der ein Schärfemaß liefert, in zwei Bildaufnehmerkoordinaten (Y1*, Z1*) positionierbar ist, die jeweils dem Prozessor (PR) zusammen mit dem
Schärfemaß zugeführt werden,
wobei für die gleichzeitige Scharfeinstellung mindestens dreier ausgewählter Bildpunktbereiche (B1 - B3), die in einer Ausgangsbildebene liegen,
diese auf der Bildaufnehmerebene (BA) mit dem
Scharfeinstellungssensor (CD) durch die Änderung des
Bildträgerabstandes vom Objektiv (O) nacheinander jeweils in ihrer Scharfeinstellung unter Erfassung der zugehörigen
Bildaufnehmerkoordinaten (Y2*, Z2*; Y3*, Z3*) und der
Bildträgerabstandsänderung (x1 - x2; x2 - x3) lagemäßig im Prozessor (PR) erfaßt werden, und aus den so erhaltenen Eingangsdaten vom Prozessor (PR) Lageparameter (ao, bo, am, bm, Θo, Φo) der
Bildaufnehmerebene (BA) und der Ausgangsbildebene
rechnerisch ermittelt werden und daraus zusammen mit einem berechnungsnotwendigen weiteren Abbildungsparameter durch Lösung von Abbildungsgleichungen solche Solleinstellwerte (Θsoll, Φsoll, xbsoll) für Verschwenkungen des Objektivträgers (OT) und einer Abstandseinstellung des Bildträgers (BT) zum Objektivträger (OT) errechnet und ausgegeben werden
- so daß die mit diesen Solleinstellwerten (Θsoll, Φsoll, xbsoll) eingestellte neue Bildebene mit der
Bildaufnehmerebene (BA) möglichst weitgehend zur Deckung kommt,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektiveinstellparamter (Θ, Φ, Axialverschiebung) um ein vorgegebenes Maß verändert wird und dabei für einen ausgewählten Bildpunkt die zwischen seinen beiden ScharfStellungen liegende Auszugsdifferenz (Δb) gemessen wird und
- ein erster Satz der Abbildungsgleichungen unter Einsetzung der ursprünglichen Objektiveinstellparamter und einer
unbestimmten Objektweite (b) sowie ein weiterer Satz der Abbildungsgleichungen unter Einsetzung der variierten
Objektiveinstellparameter (Θ, Φ) und der unbestimmten um die Auszugsdifferenz (Δb) geänderten Objektweite (b), aufgrund der Invarianz der Szenenabbildungsgleichungsteile
gleichgesetzt, nach den Solleinstellwerten (Θsoll, Φsoll, xksoll) aufgelöst werden oder - funktionale Ableitungen der Abbildungsgleichungen
bezüglich des Objektiveinstellparameters (Θ, Φ,
AxialVerschiebung) und bezüglich der jeweiligen
Scharfstellung zugehörigen Bildweite (b) gebildet werden und die vorgegebene Einstellungsänderung (Θ, Φ,
Axialverschiebung) und die gemessene Auszugsdifferenz (Δb) in die genannten Ableitungen eingesetzt werden und diese nach den Solleinstellsignalen (Θsoll, Φsoll, xbsoll) aufgelöst werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bildpunkt bei nicht um die horizontale Achse (Y) verschwenktem Objektiv (O) in der horizontalen XY-Ebene liegt und die Verschwenkung des Objektivs (O) zur
Auszugsdifferenzbestimmung um die horizontale Achse (Y) um einen vorgegebenen Schwenkwinkel (Θ) verschwenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bildpunkt bei mindestens zwei Schwenkwinkeln scharfgestellt wird und dazu die Auszugsdifferenzen (AW) gemessen werden und aus den zugehörigen Gleichungen (11) durch Parametervariation eine Gegenstandsweite (S) und daraus die Bildweite (b) errechnet wird, die in die
Abbildungsgleichungen zu deren Lösung eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Auszugsänderung laufend für die
Teilauszugsänderungen aus den Bildpunktsignalen (SS) des ausgewählten Bildpunktes zugehörige Schärfemeßzahlen
ermittelt und zugehörige abgespeichert werden und nach dem Verschwenken des Objektivs um den vorgegebenen
Verschwenkwinkel (Θ) oder nach der Objektiwerschiebung um den vorgegebenen Axialverschiebeweg, aus den dann erzeugten Bildpunktsignalen ( SS ) die Schärfemeßzahl ermittelt wird und mit dieser aus den abgespeicherten Schärfemeßzahlen die zugehörige Auszugsänderung (Δb) herausgesucht wird, die den weiteren Berechnungen dient.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Abbildungsparameter (b) erst nur aus der Auszugsdifferenz (Δb) angenähert
ermittelt wird und ein nächster zugehöriger Rasterabstand des Bildträgers (BT) vom Objektträger (OT) eines Bankrasters (L1 - LN) bestimmt wird und zu diesem Rasterabstand die rasterbezogene Auszugsdifferenz hinzugerechnet wird und dieser so errechnete Bildträger-Objektträgerabstand als genauerer weiterer Abbildungsparameter für die weiteren Berechnungen genutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg bei der
Objektiwerschiebung ein oder mehrere Rasterlängen beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Abbildungsgleichungen die
Anfangs-Bildebene (B1, B2, B3 ) in den Bildraum auf eine neue Bildebene, die der Bildaufnehmerebene (BA) parallel ist, zurück abgebildet wird und daraus die diesbezüglichen
Objektiwerstellwinkel (Θsoll, Φsoll) und anschließend der einzustellende Schnittpunkt (xbsoll) der Bildaufnehmerebene (BA) mit der X-Achse errechnet wird (Gleichungen (1) - (3)).
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein paralleler Versatz (h) der Bildebene abhängig von einem Hauptebenenabstand (dh) des Objektivs (O) und ein Versatz des
Objektivschwenkachsenschnittpunktes zu dessen Hauptebenen bei der Berechnung der Solleinstellwerte (Θsoll, Φsoll, xbsoll) rechnerisch berücksichtigt werden (Gleichungen (13) -
(15).
9. Kamera zur Verwendung nach einem
Scharfeinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß deren Bank (OB) in einem Raster mit mechanischen Rasten, insbesondere Lochrasten (L1 - LN) versehen ist, und der Objektträger (OT) und der Bildträger (BT) mit Rastvorrichtungen, insbesondere Raststiften, in den Rasten abstandsgenau zueinander gehalten sind.
10. Kamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Bank (OT) aus mindestens zwei Bankabschnitten (OT1, OT2) besteht, die mit einem Verbinder mittels einer Rastvorrichtung in dem gegebenen Raster rastergenau
verbunden sind.
11. Kamera nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rasterlänge kürzer ist als eine maximale Auszugsmeßweglänge.
12. Kamera zur Verwendung nach einem
Scharfeinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (O) derart in dem Objektivträger (OT) angeordnet ist, daß dessen Schwenkachsen (Y, Z) sich mit dessen optischer Achse (X) in einem Punkt schneiden und der Schnittpunkt zwischen den beiden
Hauptebenen (H, H') des Objektivs (O) liegt.
13. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der Achsen (X, Y, Z) zwischen dem
Mittelpunkt, der zwischen den beiden Hauptebenen (H, H') liegt, und der Hauptebene (H') liegt.
14. Kamera nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektivträger (OT) und dem Objektiv (O) jeweils ein hierzu passender Einsatz (E1, E2, E3) angeordnet ist, der einen solchen Axialversatz zwischen den Aufnahmeebenen (BF01 - BF03; SOS) des Objektivs (O) und des Objektivträgers (OT) aufweist, daß der Schnittpunkt der Achsen (X, Y, Z) die für das jeweilige Objekt (O) optimale axiale Lage zwischen dessen Hauptebenen (H, H') hat.
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