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Dokumentenidentifikation DE3433412C3 20.04.1995
Titel Eingänge eines Rechners zum Berechnen einer optimalen Gegenstandsebene, die durch zu den ausgewählten Bildpunkten optisch konjugierte Gegenstandspunkte definiert ist, und zum Berechnen der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers einzugeben
Anmelder Sinar AG Schaffhausen, Feuerthalen, CH
Erfinder Koch, Hans-Carl, Dipl.-Ing., Flurlingen, CH;
Koch, Carl, Dipl.-Fotograf, Stetten, CH;
Gfeller, Karl, Langwiesen, CH
Vertreter Gleiss, A., Dipl.-Ing.; Große, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 70469 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 12.09.1984
DE-Aktenzeichen 3433412
Offenlegungstag 25.04.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.01.1988
Date of publication of amended patent 20.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.1995
IPC-Hauptklasse G03B 13/32
IPC-Nebenklasse G03B 3/00   G03B 5/00   G02B 7/09   G02B 7/28   G03B 7/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der optimalen Einstellungen der verstellbaren Objektiv- und Bildträger einer photographischen Kamera nach dem Gesetz von Scheimpflug, mit Meß- und Einstellvorrichtungen zum Festlegen einer Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger.

Bekanntlich lassen sich die Bildperspektive und der Schärfe-/Unschärfe-Verlauf der Abbildung durch Verstellen der Objektiv- und Bildträger in bezug aufeinander und in bezug auf die zu photographierende Motivszene beeinflussen, wobei die Perspektive und die Schärfe bzw. Unschärfe der Abbildung innerhalb der optisch bedingten Grenzen sowohl korrigiert als auch absichtlich akzentuiert werden können. Damit verfügt der Photograph über bildgestalterische Mittel, die mit einer sogenannt starren Kamera nicht oder nur eingeschränkt gegeben sind. Das Verstellen der Objektiv- und Bildträger umfaßt in der Praxis das Verändern des Abstandes zwischen dem Objektiv- und dem Bildträger, das Verschieben mindestens eines der genannten Träger in der Ebene desselben und/oder das Schwenken mindestens eines der Träger.

Die Abbildungsschärfe wird durch die räumliche Orientierung von drei Ebenen beeinflußt, nämlich der Gegenstandsebene, der Bildebene und der Objektivebene. Eine scharfe Abbildung wird erzielt, wenn diese drei Ebenen parallel zueinander sind oder sich - nach dem Gesetz von Scheimpflug - in einer gemeinsamen Geraden schneiden. Nicht wenige Photographen haben oftmals Mühe, die letztgenannte Bedingung herbeizuführen oder beizubehalten, wenn nachträglich noch eine weitere Verstellung, z. B. zwecks Änderung des Bildausschnittes oder des Abbildungsmaßstabes, erforderlich ist. Erschwerend wirkt sich bei manchen Kamerakonstruktionen auch die Tatsache aus, daß die Schwenkachsen des Bildträgers und/oder des Objektivträgers nicht in der Bildebene bzw. Objektivebene oder außerhalb des durch den Bildträger gegebenen Bildausschnittes liegen. In manchen Fällen läuft deshalb das Einstellen der Kamera auf ein reines Pröbeln hinaus, das nicht nur zeitraubend ist, sondern häufig auch zu abbildungsmäßig nicht optimalen Kameraeinstellungen führt.

Durch die DE-A 23 02 695 ist bereits eine photographische Mattscheibenkamera bekannt geworden, welche zum leichteren Ermitteln der optimalen Einstellungen der Objektiv- und Bildträger nach dem Gesetz von Scheimpflug Mittel aufweist, die von einer Anfangs-Stellung ausgehend die Winkel der erforderlichen Schwenkungen des Objektiv- oder des Bildträgers manuell zu ermitteln gestatten. Dabei sind die in unterschiedlichen Entfernungen vor dem Kameraobjektiv liegenden Punkte der Aufnahmeszene nacheinander auf vorgegebenen Markierungslinien der Mattscheibe durch Betätigen der Fokussiereinrichtung der Kamera scharf abzubilden, wobei jeweils in Funktion der Bildweitedifferenz der Winkel der für die Einstellung nach Scheimpflug erforderlichen Schwenkung des Bild- oder Objektivträgers an einer der Fokussiereinrichtung zugeordneten Meßwinkelskala ablesbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, in Weiterbildung des geschilderten Standes der Technik eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche die Einstellung der Objektiv- und Bildträger nach dem Gesetz von Scheimpflug für den Benutzer der Kamera noch erheblich erleichtert und zumindest teilweise automatisiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht, bei jeder beliebigen Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger die auf ein gegebenes Bezugssystem bezogenen Raumkoordinaten von mindestens drei frei auswählbaren Bildpunkten des jeweiligen Szenenbildes in Form von durch Meßwertgeber-Einrichtungen erzeugten Signalen an Signaleingänge eines Rechners zum Berechnen einer optimalen Gegenstandsebene, die durch zu den ausgewählten Bildpunkten optisch konjugierte Gegenstandspunkte definiert ist, und zum Berechnen der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers einzugeben und als Ausgabe des Rechners Positionssignale für die Soll-Einstellung oder/und von Positionsänderungssignalen für die zum Herbeiführen der Soll-Einstellung nötigen Verstellungen des Objektiv- und/oder Bildträgers zu erhalten, wobei an die Signaleingänge des Rechners zusätzlich angeschlossene Eingabevorrichtungen auch erlauben, beim Ermitteln der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers auch die jeweilige Brennweite des Objektivs oder/und den gewünschten Abbildungsmaßstab oder/und die Werte für die Lage des Objektivs im Bezugssystem zu berücksichtigen.

Zweckmäßige und bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Durch diese Weiterbildungen wird die Arbeit des Photographen weiterhin vereinfacht und erleichtert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung Teile einer in bezug auf eine Motivszene nach dem Gesetz von Scheimpflug eingestellte photographische Mattscheibenkamera;

Fig. 2 veranschaulicht, ebenfalls in perspektivischer Darstellung, die Ermittlung der Raumkoordinaten von Gegenstandspunkten der Motivszene und der dazu optisch konjugierten Bildpunkte in einem Koordinatensystem mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinatenachsen;

Fig. 3 stellt eine Projektion von Gegenstandspunkten und dazu optisch konjugierten Bildpunkten in einer zu der optischen Achse des Kameraobjektivs rechtwinklig verlaufenden Richtung dar und dient zur Erläuterung der Berechnung von Koordinaten der Gegenstandspunkte aus jenen der Bildpunkte, wobei anders als in Fig. 2 ein Koordinatensystem gewählt ist, dessen y-Achse mit der optischen Achse des Objektivs zusammenfällt;

Fig. 4 zeigt eine schematisierte perspektivische Ansicht einer Kamera mit Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines in Fig. 4 gezeichneten Rechners zum Ermitteln und Anzeigen der Daten für korrekte Kameraeinstellungen nach Scheimpflug;

Fig. 6 zeigt eine Variante der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 7 stellt einen Teil einer Ausführungsvariante des in Fig. 5 gezeigten Rechners dar;

Fig. 8 bis 10 sind schematische Darstellungen von verschiedenen Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Das für die Technik der Photographie bedeutungsvolle Gesetz von Scheimpflug ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Mit 20 ist eine photographische Kamera bezeichnet, die einen verstellbaren Bildträger 21, einen ebenfalls verstellbaren Objektivträger 22, ein Objektiv 23 und einen den Bildträger 21 mit dem Objektivträger 22 verbindenden, lichtdichten Balgen 24 aufweist. Am Bildträger 21 ist eine Mattscheibe 25 für die Bildkontrolle vor der photographierenden Aufnahme angeordnet. Mit dieser Kamera 20 soll ein Gegenstand M so photographiert werden, daß drei Punkte A, B und C des Gegenstandes M auf dem photographischen Bild scharf abgebildet werden. Um dies zu erreichen, ist es nach Scheimpflug nötig, den Bildträger 21 und den Objektivträger 22 der Kamera 20 in bezug auf den zu photographierenden Gegenstand M derart auszurichten, daß die Bildebene P, die Hauptebene O des Kameraobjektivs 23 und die durch die drei Gegenstandspunkte A, B und C definierte Ebene G sich in einer gemeinsamen Geraden s schneiden, wie in Fig. 1 deutlich erkennbar ist. Wenn diese Bedingung erfüllt, liegen die zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Punkte A&min;, B&min; und C&min; exakt in der Bildebene P. Somit werden alle drei Gegenstandspunkte A, B und C scharf abgebildet. Diesseits oder jenseits der Ebene G liegende Punkte, wie z. B. der Punkt D des Gegenstandes M, lassen sich gleichzeitig mit den Punkten A, B und C nur dadurch annähernd scharf abbilden, daß die Schärfentiefe des Objektivs 23 durch Abblendung vergrößert wird. Der Einfachheit halber sind im folgenden die durch die Gegenstandspunkte A, B und C definierte Ebene G als Szenenebene und die Hauptebene O des Objektivs 23 als Objetivebene bezeichnet. Die Szenenebene G und die Objektivebene O sind in bezug aufeinander um den Winkel ε geneigt, während der Winkel ε&min; die Neigung der Bildebene P in bezug auf die Objektivebene O angibt. Die von den Gegenstandspunkten A, B und C zu den entsprechenden Bildpunkten A&min;, B&min; und C&min; gehenden Lichtstrahlen a, b und c schneiden sich in einem Punkt H, dem Hauptpunkt des Objektivs 23, der in der Objektivebene O und auf der optischen Achse Q des Objektivs 23 liegt.

Das Einstellen der Kamera 20 gemäß dem Gesetz von Scheimpflug bereitet dem Photographen häufig Schwierigkeiten, weil die in Fig. 1 eingezeichneten Ebenen G, O und P und die Schnittgerade s für den Photographen nicht ohne weiteres erkennbar sind. Die vorliegende Erfindung erlaubt nun, korrekte Einstellungen des Bildträgers 21 und des Objektivträgers 22 auf rechnerischem Wege mühelos zu erreichen. Bevor die hierfür geeigneten Mittel und Einrichtungen beschrieben werden, wird nun anhand der Fig. 2 und 3 das zweckmäßige Vorgehen rein beispielsweise erläutert. Der Einfachheit halber und im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung ist in den Fig. 2 und 3 die Kamera lediglich durch die Bildebene P, die Objektivebene O und den Hauptpunkt H des Objektivs dargestellt. Ferner ist die optische Achse Q des Objektivs eingezeichnet.

Gemäß Fig. 2 werden die Bildebene P und die Objektivebene O zunächst parallel zueinander gestellt und die Kamera bezüglich der scharf abzubildenden Gegenstandspunkte A, B und C derart gerichtet, daß auf der am Bildträger der Kamera angeordneten Mattscheibe vorerst noch unscharfe Abbildungen der erwähnten Gegenstandspunkte sichtbar sind. Hierauf stellt man durch Parallelverschieben des Bildträgers die Bildebene P auf den zum Gegenstandspunkt A optisch konjugierten Bildpunkt A&min; ein, so daß der Punkt A auf der Mattscheibe scharf abgebildet wird. Diese Lage der Bildebene ist in Fig. 2 mit PA bezeichnet. Dann werden die Raumkoordinaten des Bildpunktes A&min; in einem bestimmten, grundsätzlich aber beliebig wählbaren Koordinatensystem ermittelt. In Fig. 2 ist beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem x-, y- und z-Achsen angedeutet. Nachher stellt man durch Parallelverschieben des Bildträgers die Bildebene P auf den zum Gegenstandspunkt B optisch konjugierten Bildpunkt B&min; ein, so daß der Punkt B auf der Mattscheibe scharf abgebildet ist. Die hierbei resultierende Lage der Bildebene ist in Fig. 2 mit PB bezeichnet. Dann werden die Raumkoordinaten des Bildpunktes B&min; im gleichen Koordinatensystem ermittelt. Auf analoge Weise wird auch für den zum Gegenstandspunkt C optisch konjugierten Bildpunkt C&min; verfahren, wobei die mit PC bezeichnete Lage der Bildebene resultiert.

Im gleichen Koordinatensystem werden auch die Raumkoordinaten des Hauptpunktes H und die Gleichung der durch den Hauptpunkt H gehenden optischen Achse Q ermittelt.

Aufgrund der ermittelten Raumkoordinaten der Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; sowie der Raumkoordinaten des Hauptpunktes H, der Gleichung der optischen Achse Q und der Brennweite f des Objetivs lassen sich nach den bekannten Regeln der geometrischen Optik und der analytischen Geometrie die Raumkoordinaten eines jeden Gegenstandspunktes A, B bzw. C berechnen und die Gleichung der durch diese Gegenstandspunkte definierten Szenenebene G ermitteln. Die Szenenebene G ist unabhängig von der Kamera 20. Nachdem auf die vorstehend beschriebene Weise die Szenenebene G rechnerisch erfaßt worden ist, können grundsätzlich die Einstellung der Objektivebene O und/oder der Bildebene P der Kamera 20 beliebig verändert werden, ohne die Szenenebene G zu beeinflussen. Das weitere Vorgehen zum Herbeiführen einer Kameraeinstellung nach Scheimpflug kann unterschiedlich sein.

Ausgehend von einer gegebenen Einstellung des Objektivträgers 22 wird z. B. wie folgt vorgegangen: Die Raumkoordinaten des Hauptpunktes H des Objektivs 23 und die Gleichung der optischen Achse Q, welche die Objektivebene im Hauptpunkt H senkrecht durchdringt, erlauben die Ermittlung der die Objektivebene definierenden Gleichung. Aufgrund der Gleichungen der Szenenebene G und der Objektivebene O läßt sich die Gleichung zur Definition der Schnittgeraden s der beiden Ebenen G und O ermitteln. Der Bildträger 21 der Kamera ist nachher so einzustellen, daß die Schnittgerade s und einer der zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; in die Bildebene P zu liegen kommen. Dann erscheinen die Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; als scharfe Abbildungen der entsprechenden Gegenstandspunkte A, B und C.

Geht man aber von einer gegebenen Einstellung des Bildträgers 21 aus, welche Einstellung z. B. im Hinblick auf eine gewünschte Perspektive der Abbildung auf der Mattscheibe 25 gewählt worden ist, so wird zunächst die Gleichung der Bildebene P und nachher aus den Gleichungen der Szenenebene G und der Bildebene P die Gleichung der Schnittlinie s der genannten Ebenen ermittelt. Der Objektivträger 22 der Kamera ist nachher so einzustellen, daß die Schnittgerade s in die Objektivebene O zu liegen kommt und der Hauptpunkt H des Objektivs 23 eine solche Lage einnimmt, daß einer der zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; in die Bildebene P zu liegen kommt. Dann erscheinen die Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; auf der Mattscheibe 25 des Bildträgers 21 als scharfe Abbildungen der entsprechenden Gegenstandspunkte A, B und C.

Für die praktische Durchführung der beschriebenen Berechnungen und Handlungen ist es zweckmäßig, abweichend von der Darstellung in Fig. 2 ein Raumkoordinatensystem zu wählen, das einen festen Bezug zu einem Bauteil der Kamera hat. Besonders einfach werden die Berechnungen, wenn das Koordinatensystem seinen Ursprung im Hauptpunkt H des Kameraobjektivs hat und eine Koordinatenachse aufweist, die mit der optischen Achse Q des Objektivs zusammenfällt. Es kann sich dabei um ein Koordinatensystem mit Zylinderkoordinaten oder um eines mit rechtwinkligen Koordinaten handeln. Ein Beispiel der letztgenannten Art ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.

Gemäß Fig. 3 weist ein rechtwinkliges Koordinatensystem eine mit der optischen Achse Q des Kameraobjektivs übereinstimmende y-Achse und in der Objektivebene O verlaufende x- und z-Achsen auf, wobei die z-Achse in der Zeichnungsebene liegt und die x-Achse senkrecht dazu verläuft und deshalb in Fig. 3 nicht sichtbar ist. Mit Ax, Bx und Cx sind die in Richtung der x-Achse erfolgten Projektionen der Gegenstandspunkte A, B und C bezeichnet. Ax&min;, Bx&min; und Cx&min; sind die analogen Projektionen der zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte. Für die Punkte A und A&min; sind auch die y- und die z-Koordinaten eingezeichnet. Ferner zeigt Fig. 3 die Brennpunkte F und F&min; wie auch die Brennweite f des Objektivs.

Gemäß den Regeln der geometrischen Optik gilt:

za&min;/ya&min; = tgδ = za/ya (1)

-za&min;/f = tgθ = za/(ya - f) (2)

Daraus lassen sich die Gleichungen ableiten:

ya = fya&min;/(ya&min; + f) (3)

za = fza&min;/(ya&min; + f) (4)

Durch eine analoge Projektion der Gegenstandspunkte A, B und C sowie der zugeordneten Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; auf die Ebene der x- und y-Achsen läßt sich die weitere Gleichung herleiten:

xa = fxa&min;/(ya&min; + f) (5)

Die Gleichungen (3), (4) und (5) erlauben die Berechnung der x-, y- und z-Koordinaten des Gegenstandspunktes A. Auf völlig analoge Weise können auch die Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte B und C aus den Raumkoordinaten der entsprechenden Bildpunkte B&min; und C&min; berechnet werden.

Aus den y-Koordinaten der Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; läßt sich der arithmetische Mittelwert p&sub0; bilden, der im folgenden als mittlere Bildbreite bezeichnet ist. Der Mittelwert der y-Koordinaten der Gegenstandspunkte A, B und C ist im folgenden mittlere Gegenstandsweite g&sub0; genannt. In Fig. 3 sind die Strecken p&sub0; und g&sub0; eingezeichnet. Nach den Regeln der geometrischen Optik ist der mittlere Abbildungsmaßstab m&sub0;:

m&sub0; = p&sub0;/g&sub0; (6)

Weiter gelten die Gleichungen:

p&sub0; = f (1 + m&sub0;) (7)

g&sub0; = f (1 + m&sub0;)/m&sub0; (8)

Aufgrund der gemäß den Gleichungen (3), (4) und (5) berechneten Koordinaten x, y und z für jeden der drei Gegenstandspunkte A, B und C ist die durch diese Punkte gehende Szenenebene G bestimmt, welche sich durch die folgende Determinante 3. Grades darstellen läßt:



Durch Auflösung der Determinante (9) erhält man für die Ebene G die Gleichung:

(x - xa) (yb - ya) (zc - za) + (y - ya) (zb - za) (xc - xa)

+ (z - za) (xb - xa) (yc - ya) - (z - za) (yb - ya) (xc - xa)

- (x - xa) (zb - za) (yc - ya) - (y - ya) (xb - xa) (zc - za) = 0 (10)

In der allgemeinen Linearform lautet die Gleichung der Ebene G:

K&sub1;x + K&sub2;y + K&sub3;z + T = 0 (11)

Aus der Gleichung (10) lassen sich die Werte für die Koeffizienten K&sub1;, K&sub2;, K&sub3; und T in der Gleichung (11) berechnen:

K&sub1; = (yb - ya) (zc - za) - (zb - za) (yc - ya) (12)

K&sub2; = (zb - za) (xc - xa) - (xb - xa) (zc - za) (13)

K&sub3; = (xb - xa) (yc - ya) - (yb - ya) (xc - xa) (14)

T = - K&sub1; xa - K&sub2; ya - K&sub3; za (15)

Die Szenenebene G schneidet die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse in Punkten, welche vom Ursprung des Koordinatensystems die Abstände u, v bzw. w haben, gemäß den folgenden Gleichungen:



In dem in bezug auf Fig. 3 beschriebenen Koordinatensystem ist die Gleichung für die Objektivebene O:

y = 0 (Null) (19)

Die Schnittlinie s der Objektivebene O und der Szenenebene G ist durch die Gleichung definiert:



Für den Winkel ε zwischen der Objektivebene O und der Szenenebene G gilt die Gleichung:



Aufgrund der Koordinaten x&min;, y&min; und z&min; für jeden der zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; ist die durch die letztgenannten Punkte gehende Bildebene P bestimmt; ihre Gleichung lautet:

K&sub1;&min;x +K&sub2;&min;y +K&sub3;&min;z + T&min; = 0 (22)

wobei in Analogie zu den Gleichungen (12) bis (18) gilt:

K&sub1;&min; = (yb&min; - ya&min;) (zc&min; - za&min;) - (zb&min; - za&min;) (yc&min; - ya&min;) (23)

K&sub2;&min; = (zb&min; - za&min;) (xc&min; - xa&min;) - (xb&min; - xa&min;) (zc &min; - za&min;) (24)

K&sub3;&min; = (xb&min; - xa&min;) (yc&min; - ya&min;) - (yb&min; - ya&min;) (xc&min; - xa&min;) (25)

T = - K&sub1;&min;xa&min; - K&sub2;&min;ya&min; - K&sub3;&min;za&min; (26)



Die gemeinsame Schnittlinie s der Objektivebene O mit der Bildebene P ist durch die Gleichung definiert:



Für den Winkel ε&min; zwischen der Objektivebene O und der Bildebene P gilt die Gleichung:



Wenn die Kamera gemäß dem Gesetz von Scheimpflug korrekt eingestellt ist, haben - wie erwähnt - die Szenenebene G, die Objektivebene O und die Bildebene G eine gemeinsame Schnittgerade s. Demzufolge gelten für diese Schnittgerade sowohl die Gleichung (20) als auch die Gleichung (30):



Da ferner die z-Achsenabschnitte w und w&min; identisch sind, folgt aus der Gleichung (32) und aus den Gleichungen (18) und (29):



Eine vom Ursprung des Koordinatensystems, im vorliegenden Fall vom Hauptpunkt H ausgehende Gerade, die senkrecht auf die Bildebene P auftrifft, schließt mit den x-, y- und z-Koordinatenachsen die Winkel α, β und γ ein, für welche die folgenden Gleichungen gelten:



Die Gleichungen (34) bis (36) erlauben die Berechnung der Winkel, um welche die Bildebene P bezüglich der Objektivebene O geschwenkt und/oder geneigt werden muß. Ist die richtige Schwenk- bzw. Neigungslage der Bildebene P einmal erreicht, braucht der Photograph nur noch den Abstand des Bildträgers vom Objektivträger der Kamera so zu verändern, daß die Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; auf der Mattscheibe scharf erscheinen.

Aus den Winkeln ε und ε&min; zwischen den drei Ebenen G, O und P läßt sich der mittlere Abbildungsmaßstab m&sub0; gemäß der folgenden Gleichung exakt berechnen:



Die Gleichung (37) läßt sich in die folgende Form überführen:



Durch Einsetzen der Gleichungen (21) und (31) in die Gleichung (38) und nach Umformung ergibt sich für den mittleren Abbildungsmaßstab m&sub0; auch die Gleichung:



Der Fachmann weiß, daß bei der beschriebenen Schwenkung bzw. Neigung des Bildträgers zwecks Herbeiführung der Kameraeinstellung nach Scheimpflug die Perspektive in der Abbildung des zu photographierenden Gegenstandes sich verändert. Ebenso ist dem Photographen bekannt, daß eine von ihm gewünschte Perspektive beibehalten werden kann, wenn anstelle des Bildträgers der Objektivträger der Kamera verstellt wird bis das Gesetz nach Scheimpflug erfüllt ist, wobei in letzterm Fall im allgemeinen aber eine Änderung des mittleren Abbildungsmaßstabes m&sub0; eintritt und die zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Punkte A&min;, B&min; und C&min; ihre Lagen im Raum ändern.

Nachdem - wie oben beschrieben - die Raumkoordinaten von Bildpunkten A&min;, B&min; und C&min; ermittelt und daraus die Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte A, B und C berechnet worden sind, ist grundsätzlich die Szenenebene G bekannt. Sie ist durch die Gleichung (11) definiert. Wenn der Photograph nun die Bildebene P nicht in die durch die zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte A&min;, B&min; und C&min; gehende Ebene einstellen will, sondern im Hinblick auf eine gewünschte Perspektive der Abbildung in eine andere Lage einstellt, so ist diese Bildebene P* allgemein durch die Gleichung definiert:

K&sub1;&min;&min;x + K&sub2;&min;&min;y + K&sub3;&min;&min;z + TT&min;&min; = 0 (40)

Für jede Ebene, welche die gemeinsame Schnittgerade s der Szenenebene G und der Bildebene P* enthält, gilt die Gleichung:

(K&sub1;x + K&sub2;y + K&sub3;z + T) + n(K&sub1;&min;&min;x + K&sub2;&min;&min;y + K&sub3;&min;&min;z + T&min;&min;) = 0 (41)

wobei n eine beliebige Zahl ist.

Wird der Einfachheit halber angenommen, die Bildebene P* werde vom Photographen in einer zur xz-Ebene parallelen Lage - wie für die Ermittlung der Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte A, B und C - belassen, so gilt für die Bildebene P*:

K&sub1;&min;&min; = K&sub3;&min;&min; = 0 (42)

K&sub2;&min;&min;y + T&min;&min; = 0 (43)

y = v&min;&min; (44)

wobei v&min;&min; den Abstand der Bildebene P* vom Ursprung des Koordinatensystems bedeutet.

Die durch die gemeinsame Schnittgerade s der Szenenebene G und der Bildebene P* gehende Objektivebene O* ist dann durch die folgende Gleichung definiert:

K&sub1;x + (K&sub2; + nK&sub2;&min;&min;)y + K&sub3;z + T + nT&min;&min; = 0 (45)

oder mit Bezug der Gleichungen (43) und (44):



Der Winkel ε&min; zwischen der Bildebene P* und der Objektivebene O* beträgt:



Für den mittleren Abbildungsmaßstab m&sub0; gilt in diesem Fall:



Wenn die Objektivebene O* durch den Ursprung des Koordinatensystems geht, wird n = -T/T&min;&min; und die Gleichungen (46) und (47) für die Objektivebene O* bzw. den Winkel ε&min; reduzieren sich zu:



Eine durch den Ursprung des Koordinatensystems gehende Gerade, die senkrecht zur Objektivebene O* steht, schließt mit den x-, y- und z-Koordinatenachsen die Winkel α*, β* und γ* ein, für welche die folgenden Gleichungen gelten:





Beim Drehen der Objektivebene aus der ursprünglichen in die beschriebene neue Lage wandern die zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte, wobei sie in die Bildebene P* zu liegen kommen und damit die gewünschte Kameraeinstellung nach Scheimpflug erreicht wird.

Wie bereits erwähnt, ist auch die Benutzung anderer Koordinatensysteme möglich, wobei jedoch die oben angegebenen Gleichungen nur nach entsprechenden Koordinatentransformationen gelten.

Fig. 4 zeigt in schematisierter perspektivischer Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgestatteten Kamera 20, wobei die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 für die entsprechenden Teile zu finden sind. Der Bildträger 21 und der Objetivträger 22 sind in bekannter Weise je mittels einer mehrteiligen Haltevorrichtung 26 bzw. 27 an einer als optische Bank ausgebildeten Kamerabasis 28 befestigt. Jede der Haltevorrichtungen 26 und 27 ist in Längsrichtung der Kamerabasis verstellbar und mit Gelenken mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen 31 und 32 versehen, um welche der betreffende Bild- bzw. Objektivträger geneigt und geschwenkt werden kann. Gemäß der üblichen Terminologie in der photographischen Technik ist die Achse 31 als "horizontale" und die Achse 32 als "vertikale" Achse benannt, obwohl diese Achsen 31 und 32 in der Praxis auch anders als horizontal bzw. vertikal verlaufen können. Den Gelenken mit den Achsen 31 und 32 ist je eine Winkelmaß-Skala 33 bzw. 34 zugeordnet, um den Winkel der Neigung bzw. Schwenkung des Bildträgers 21 und/oder des Objektivträgers 22 anzuzeigen. Ferner ist die Kamerabasis 28 mit einer Längenmaß-Skala 35 versehen, um den jeweiligen Abstand der Bildebene P von der Objektivebene O anzuzeigen. Der Einfachheit halber ist angenommen, daß in der Grund- oder Nullstellung der Gelenke die Kamerabasis 28 parallel zur optischen Achse Q des Kameraobjektivs 23 verläuft. Die Kamerabasis 28 ist an einem Halter 36 befestigt, der mittels eines Stativkopfes 37 auf einem Stativ 38 abgestützt ist. In bekannter Weise ermöglicht der mehrteilig ausgebildete Stativkopf 37 eine Neigung und eine Schwenkung des Halters 36 um eine horizontale Achse 39 bzw. um eine vertikale Achse 40. Den Gelenken mit den Achsen 39 und 40 ist zweckmäßig je eine Winkelmeß-Skala 41 bzw. 42 zugeordnet.

Am Bildträger 21 der Kamera 20 sind zwei Einstellschieber 43 und 44 bewegbar angeordnet, die je mit einem Zeiger 45 bzw. 46 versehen sind, welcher sich geradlinig über die Mattscheibe 25 erstreckt. Der eine Zeiger 45 verläuft parallel zu der vertikalen Schwenkachse 32, der andere Zeiger 46 hingegen rechtwinklig dazu. Jedem Einstellschieber 43 bzw. 44 ist eine Längenmaß-Skala 48 bzw. 49 zugeordnet, um die Lage des betreffenden Zeigers 45 bzw. 46 anzuzeigen und die Flächenkoordinaten eines im Schnittpunkt der beiden Zeiger 45 und 46 liegenden Bildpunktes zu ermitteln. Als weitere Koordinate für die Definition der räumlichen Lage des genannten Bildpunktes wird der Abstand der Bildebene P von der Objektivebene O bei scharfer Abbildung des Bildpunktes auf der Mattscheibe 25 benutzt. In einem Raumkoordinatensystem entsprechend Fig. 3 liegt dann die y-Achse auf der optischen Achse Q des Objektivs 23, während die x- und die z-Achse zweckmäßig parallel zum Zeiger 45 bzw. 46 durch den Hauptpunkt H des Objektivs verlaufend in der Objektivebene O liegen. In einem solchen Koordinatensystem lassen sich die Raumkoordinaten von auf der Mattscheibe 25 einzeln scharf eingestellten Bildpunkten A&min;, B&min;, C&min; verhältnismäßig einfach ermitteln, wie die Gleichungen (3), (4) und (5) erkennen lassen.

Die für die Einstellung der Kamera 20 nach Scheimpflug dienenden Berechnungen werden mittels eines elektronischen Rechners 50 durchgeführt, der gemäß Fig. 4 ein Tastenfeld 51 für die Eingabe der Daten und ein Anzeigefeld 52 zum Anzeigen von Resultaten und von Anweisungen an den Photographen aufweist. Im technisch einfachsten Fall ist vorgesehen, die Brennweite f des Objektivs 23 und die mit Hilfe der Kamera selbst ermittelten Raumkoordinaten x&min;, y&min; und z&min; oder y&min;, r und φ von verschiedenen Bildpunkten A&min;, B&min; und C&min; nacheinander über die Tasten 51 manuell an den Rechner 50 zu übertragen. Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 5 weist der Rechner 50 ferner ein elektronisches Rechenwerk 53 mit Signaleingängen und Signalausgängen sowie eine Signalauswertungsvorrichtung 54 auf, welche an die Signalausgänge des Rechenwerkes 53 angeschlossen ist und das Anzeigenfeld 52 umfaßt. Die der Dateneingabe dienenden Tasten 51 sind mit Mitteln 55 bis 59 zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend den eingetasteten Daten verbunden. Die so erzeugen Signale werden in Signaleingängen des Rechenwerkes 53 eingegeben und in letzterem gespeichert.

Das Rechenwerk 53 enthält ein Rechenprogramm, gemäß welchem aufgrund der eingegebenen Signale und des Gesetzes nach Scheimpflug elektrische Ausgangssignale erzeugt und an die Signalauswertungsvorrichtung 54 geliefert werden. Auf dem Anzeigefeld 52 kann der Photograph dann sehen, in welcher Richtung und um welchen Betrag der Bildträger 21 und/oder der Objektivträger 22 der Kamera 20 geneigt, geschwenkt und längs der Kamerabasis 28 verschoben werden soll, um eine nach Scheimpflug korrekte Einstellung der Kamera zu erhalten. Das Rechenwerk 53 ist ferner so programmiert, daß es nach Betätigung einer Taste des Tastenfeldes 51 den jeweils resultierenden mittleren Abbildungsmaßstab m&sub0; berechnet und im Anzeigenfeld 52 zur Anzeige bringt. Weiter ist die Programmierung des Rechenwerkes 53 derart, daß über das Tastenfeld 51 ein gewünschter mittlerer Abbildungsmaßstab m&sub0; eingegeben werden kann und nachher das Rechenwerk 53 aufgrund des eingegebenen Wertes für m&sub0; und aufgrund der zuvor berechneten Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte die für eine nach Scheimpflug korrekten Soll-Einstellungen des Bildträgers 21 und des Objektivträgers 22 der Kamera 20 berechnet und im Anzeigefeld 52 zur Anzeige bringt. Diese Vorgänge sind in Fig. 5 schematisch veranschaulicht.

Eine Variante zu der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist in Fig. 6 in schematisierter Darstellung gezeigt. Anstelle der Einstellschieber 43, 44 und der Zeiger 45 und 46 ist bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 am Bildträger 21 der Kamera 20 ein stabförmiges Indexglied 60 vorhanden, das bei einem seiner Enden eine Visieröffnung 61 aufweist. Das Indexglied 60 ist längsverschiebbar in einer kleinen Drehscheibe 62 geführt, die ihrerseits am Bildträger 21 drehbar gelagert ist. Durch Längsverschiebung und Schwenkung des Indexgliedes 60 läßt sich die Visieröffnung 61 auf jeden beliebigen Punkt der Mattscheibe 25 der Kamera 20 einstellen, wobei die außen liegende Endpartie 63 des Indexgliedes 60 als Handgriff zum Handhaben des Indexgliedes dient. Als Flächenkoordinaten des jeweils eingestellten Punktes in der Ebene der Mattscheibe 25 werden zweckmäßig der Abstand r des Mittelpunktes der Visieröffnung 61 vom Zentrum der Drehscheibe 62 und der Winkel φ zwischen der Längsachse 64 des Indexgliedes 60 und einer Geraden 65 benutzt, die vorzugsweise parallel zur Schwenkachse 32 des Bildträgers 21 verläuft oder gegebenenfalls parallel zur Neigungsachse 31 ist, je nachdem, welche dieser Achsen 31 und 32 eine bezüglich des Bildträgers 21 unveränderliche Lage hat. Es ist klar, daß aus den ermittelten Werten für r und φ ohne Schwierigkeit die x- und z-Koordinaten des anvisierten Punktes der Mattscheibe 25 berechnet werden können. Gemäß dem Schema nach Fig. 5 sind einfach anstelle der x- und z-Koordinaten die Werte für r und φ über das Tastenwerk in das Rechenwerk 53 einzugeben, wie in Fig. 5 mit gestrichelten Linien angedeutet ist.

In einer Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind bei der Visieröffnung 61 des stabförmigen Indexgliedes 60 optoelektronische Detektorelemente vorhanden, mit deren Hilfe die optimale Abbildungsschärfe des anvisierten Punktes auf der Mattscheibe 25 feststellbar ist. Solche Detektorelemente sind z. B. bei Kameras mit automatischer Scharfeinstellung bekannt. Die Detektorelemente sind zweckmäßig in einem Hohlraum des Indexgliedes 60 verschiebbar angeordnet, so daß sie für die Messung in die Visieröffnung 61 bewegbar sind, nachdem der betreffende Bildpunkt anvisiert worden ist. Für die elektrische Verbindung der Detektorelemente mit dem Rechenwerk 53 ist ein flexibles Kabel 66 zwischen dem Rechner 50 und der als Handgriff für die Handhabung des Indexgliedes 60 bestimmten Endpartie 63 des Indexgliedes vorhanden. Die erwähnten Detektorelemente erleichtern die genaue Ermittlung der y-Koordinate des jeweils anvisierten Bildpunktes.

In weiterer Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann das Indexglied 60 bei der Visieröffnung 61 mit elektrooptischen oder elektroakustischen Echolot-Einrichtungen versehen sein, mit deren Hilfe der jeweilige Abstand des anvisierten Bildpunktes von dem Objektivträger 22 meßbar ist, um die y-Koordinate des anvisierten Bildpunktes zu ermitteln. Zweckmäßig kann z. B. ein kleiner elektroakustischer Ultraschallwandler wie die vorstehend erwähnten Detektorelemente im Innern des hohlen Indexgliedes 60 verschiebbar angeordnet sein, so daß er für die Messung in die Visieröffnung 61 bewegbar ist. Die zum Ultraschallwandler gehörende elektronische Schaltungsanordnung für die Echomessung kann zweckmäßig im Rechner 50 untergebracht sein.

Fig. 7 stellt eine zweckmäßige Ergänzung der in Fig. 5 gezeigten Ausbildung des Rechners 50 dar. Demgemäß sind zusätzlich Mittel 70 vorhanden zum Erzeugen von in das Rechenwerk 53 eingebbaren und in diesem speicherbaren elektrischen Signalen, welche den Grenzen der Verstellbarkeiten des Bildträgers 21 und des Objektivträgers 22 sowie den Grenzen der mechanischen und/oder optischen Verstellbarkeit des Balgens 24 entsprechen. Die Grenzen der Verstellbarkeiten des Bild- und des Objektivträgers sind durch die Länge der Kamerabasis 28, durch die Grenzen der Neig- und Schwenkbarkeit um die Achsen 31 und 32 sowie durch die limitierte Flexibilität des Balgens 24 gegeben. Das Rechenwerk 53 ist nun derart programmiert, daß es die Signale für die berechneten Soll-Einstellungen des Bildträgers 21 bzw. Objektivträgers 22 mit den eingespeicherten Grenzwertsignalen vergleicht und jeweils ein elektrisches Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung 54 liefert, wenn eine berechnete Soll-Einstellung zum Überschreiten der vorstehend erwähnten Grenzen der Verstellbarkeiten führen würde. Das elektrische Warnsignal bringt im Anzeigefeld 52 ein optisches Alarmsignal zur Wirkung, wie in Fig. 7 angedeutet. Gleichzeitig wird vorteilhaft auch ein akustischer Signalgeber zum Warnen des Photographen in Betrieb gesetzt. Es können auch durch das elektrische Warnsignal gesteuerte Mittel zum selbsttätigen Blockieren der Verstellmechanismen der Kamera vorhanden sein.

Gemäß Fig. 7 sind weiter Mittel 71, 72 und 73 vorhanden zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend dem Bildwinkel des Objektivs 23, den Abmessungen des Bildfensters am Bildträger 21 und der Lage des Bildfensters in der Bildebene P. Diese Daten, welche mittels des Tastenfeldes 51 manuell oder durch vorgegebene Codierungsmittel automatisch in den Rechner 50 eingebbar sind, haben ebenfalls Bedeutung im Zusammenhang mit den Grenzen der Einstellbarkeit der Kamera, da bei Nichtbeachtung dieser Daten eine ungewollte Vignettierung des photographischen Bildes entstehen kann. Das Rechenwerk 53 ist nun derart programmiert, daß es die für eine Kameraeinstellung nach Scheimpflug berechneten Soll-Positionssignale für die Soll-Einstellung des Bildträgers 21 oder/und des Objektivträgers 22 jeweils mit den von den Signalerzeugungsmitteln 71, 72 und 73 gelieferten Signalen vergleicht und jeweils ein elektrisches Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung 54 liefert, wenn eine den Soll-Positionssignalen entsprechende Soll-Einstellung zu einer Überschreitung des durch den Bildwinkel des Objektivs und die Abmessungen und die Lage des Bildfensters gegebenen Bereichs führen würde. Durch das elektrische Warnsignal wird im Anzeigenfeld 52 ein optisches Alarmsignal zur Wirkung gebracht, wie in Fig. 7 angedeutet, wobei mit Vorteil zugleich auch ein akustischer Signalgeber zum Warnen des Photographen eingeschaltet wird. Auch in diesem Fall können durch das elektrische Warnsignal gesteuerte Mittel zum automatischen Blockieren der betreffenden Verstellmechanismen der Kamera vorgesehen sein.

Die in Fig. 8 schematisch gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist eine Weiterbildung des Beispiels nach Fig. 5. Zusätzlich zu den bereits in Fig. 5 gezeigten Teilen weist der Rechner 50 gemäß Fig. 8 Mittel 80 und 81 zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend dem Ist-Wert der relativen Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs 23 bzw. entsprechend dem Durchmesser des in der Bildebene zulässigen Zerstreuungskreises auf. Diese Daten sind z. B. mittels der Tasten 51 in den Rechner 50 eingebbar, können gegebenenfalls aber ebensogut durch vorgegebene Codierungsmittel automatisch eingegeben werden. Das Rechenwerk 53 ist derart programmiert, daß es aufgrund der von den Signalerzeugern 80 und 81 gelieferten Signale und des von dem Signalerzeuger 55 gelieferten Signals entsprechend der Brennweite f des Objektivs 23 die bildseitige Schärfentiefe berechnet und ein derselben entsprechendes Signal erzeugt und speichert. Weiter sind im Rechenwerk 53 die Signale entsprechend den Raumkoordinaten von mehr als drei Bildpunkten speicherbar, die nicht alle in eine gemeinsamen Ebene zu liegen brauchen, d. h. deren optisch konjugierten Gegenstand z. T. außerhalb der Szenenebene G liegen. Schließlich ist das Rechenwerk auch so programmiert, daß es aufgrund des der Tiefenschärfe entsprechenden Signals und der gespeicherten Raumkoordinatensignale die Soll-Positionssignale für eine solche Soll-Einstellung der Kamera erzeugt, bei welcher die genannten Bildpunkte innerhalb oder möglichst wenig außerhalb der bildseitigen Schärfentiefe liegen. Dabei kann gegebenenfalls eine Kamera-Einstellung resultieren, bei welcher die Bildebene P weniger als drei, unter Umständen sogar keinen einzigen der zu den Gegenstandspunkten konjugierten Bildpunkte exakt enthält, welche Einstellung aber insgesamt eine optimale Abbildung mit tolerierbaren Unschärfen ermöglicht.

Anstelle oder zusätzlich zu den Mitteln 80 zum Erzeugen eines Signals entsprechend dem Ist-Wert der relativen Öffnung der Arbeitsblende können Mittel 82 zum Erzeugen eines Signals entsprechend der Größe der Eintrittspupille des Objektivs 23 vorgesehen sein, wie in Fig. 8 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Aus der Größe der Eintrittspupille und der Größe des zulässigen Zerstreuungskreises in der Bildebene läßt sich ebenfalls die bildseitige Schärfentiefe berechnen.

Das Rechenwerk 53 ist vorzugsweise weiter so programmiert, daß es ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Soll-Blendensignal ist entsprechend einem Soll-Wert der relativen Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs, nämlich einem Soll-Wert, der eine kleinstmögliche, aber hinreichende Schärfentiefe für die Abbildung mehrerer, nicht alle in einer gemeinsamen Ebene liegenden Gegenstandspunkte mit tolerierbarer Unschärfe ergibt. Das Soll-Blendensignal wird der Signalauswertungsvorrichtung 54 zugeleitet, in deren Anzeigefeld 52 die einzustellende relative Öffnung der Arbeitsblende optisch signalisiert wird. Bei einer weiter ausgebauten Ausführungsform kann das Soll-Blendensignal auch zur Steuerung eines Antriebsmotors 83 dienen, welcher die dem Soll-Blendensignal entsprechende relative Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs automatisch einstellt.

Bei einer noch weiter entwickelten Ausführungsform der Erfindung, wie sie schematisch in Fig. 9 veranschaulicht ist, sind die Haltevorrichtungen 26 und 27 für den Bildträger 21 bzw. den Objektivträger 22 je mit drei elektrischen Signalgebern 90, 91 und 92 bzw. 93, 94 und 95 versehen, welche elektrische Ist-Positionssignale entsprechend dem jeweiligen Neigungs- bzw. Schwenkwinkel um die Horizontalachse 31 und die Vertikalachse 32 und entsprechend der jeweiligen Lage der Haltevorrichtung 26 bzw. 27 entlang der Kamerabasis 28 erzeugen. Ferner ist jedem der Einstellschieber 43 und 44 (Fig. 4) ein elektrischer Signalgeber 96 bzw. 97 zugeordnet, welcher ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des Zeigers 45 bzw. 46 erzeugt, so daß dieses Signal der Koordinate x&min; bzw. z&min; des Kreuzungspunktes der Zeiger 45 und 46 entspricht. Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 sind anstelle der Signalgeber 96 und 97 zwei andere Signalgeber 98 und 99 vorhanden zur Erzeugung von elektrischen Signalen entsprechend der Strecke r bzw. dem Winkel φ. Alle genannten Signalgeber 90 bis 99 sind durch ein mehradriges Kabel 100 (Fig. 4 und 9) mit Signaleingängen des elektronischen Rechenwerkes 53 verbunden. Letzteres ist vorzugsweise derart programmiert, daß es automatisch in relativ rascher zyklischer Folge die von den Signalgebern 90 bis 99 gelieferten Signale aufnimmt und in die Berechnungen der Soll-Positionen des Bildträgers 21 und des Objektivträgers 22 einbezieht.

Der Rechner 50 ist im übrigen im wesentlichen gleich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ausgebildet, mit der Ausnahme, daß die über das Tastenfeld 51 betätigbaren Signalgeber 56, 57 und 58 für die Erzeugung von Koordinatensignalen für die Bildpunkte fehlen können, weil sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 entbehrlich sind.

Fig. 9 zeigt weiter sechs elektrische Antriebsmotoren 101 bis 106, von denen je drei der Haltevorrichtung 26 für den Bildträger 21 bzw. der Haltevorrichtung 27 für den Objektivträger 22 zugeordnet sind. Diese Motoren dienen zum Antreiben der Gelenke mit den Horizontalachsen 31 und den Vertikalachsen 32 sowie zum Antreiben der Haltevorrichtungen 26 und 27 entlang der Kamerabasis 28. Die Motoren 101 bis 106 sind mit Steuersignalausgängen der Signalauswertungsvorrichtung 54 verbunden und haben die Aufgabe, die im Anzeigefeld 52 angezeigten Soll-Positionen des Bildträgers 21 oder/und Objektivträgers 22 automatisch herbeizuführen.

Die mit Bezug auf Fig. 9 beschriebene Ausführungsform der Erfindung erlaubt ein vereinfachtes und sicheres Erfassen der Raumkoordinaten der zu den maßgebenden Gegenstandspunkten optisch konjugierten Bildpunkte, da eine manuelle Übertragung von Skalenwerten an den Rechner 50 entfällt. Darüberhinaus werden bei der Einrichtung gemäß Fig. 9 alle momentanen Positionen und Verstellungen des Bildträgers 21 oder/und des Objektivträgers 22 durch die Ist-Positionssignalgeber 90 bis 95 dem Rechenwerk 53 mitgeteilt, welche diese Positionen oder Verstellungen laufend in die Berechnungen einbezieht. Die elektrischen Antriebsmotoren 101 bis 106 sorgen schließlich dafür, daß die jeweils errechneten Soll-Positionen für die Erfüllung des Gesetzes nach Scheimpflug automatisch erhalten werden. So ist es z. B. möglich, nachdem eine erste Kameraeinstellung nach Scheimpflug erzielt worden ist, z. B. wie in Fig. 1 gezeigt, die Stellung des Bildträgers 21 zu verändern, um eine andere Perspektive der Abbildung der zu photographierenden Motivszene zu erhalten, wobei völlig automatisch auch dem Objektivträger 22 eine andere Einstellung erteilt wird, so daß das Gesetz von Scheimpflug weiterhin erfüllt bleibt. Umgekehrt kann der Photograph die Einstellung des Objektivträgers willentlich verändern, um einen anderen Abbildungsmaßstab zu erhalten, wobei ebenfalls automatisch auch dem Bildträger 21 eine andere Einstellung erteilt wird, so daß wieder das Gesetz von Scheimpflug erfüllt bleibt. Zweckmäßig ist das Rechenwerk 53 auch so programmiert, daß aufgrund einer manuellen Eingabe eines anderen Abbildungsmaßstabes m&sub0; (über das Tastenfeld 51 und den Signalgeber 59) der Objektivträger 22 und der Bildträger 21 mittels der Motoren 101 bis 106 automatisch derart verstellt werden, daß sich der gewünschte neue Abbildungsmaßstab ergibt und das Gesetz nach Scheimpflug weiterhin eingehalten bleibt.

Die Ausführungsform nach Fig. 9 kann mit Vorteil auch durch die mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen ergänzt sein.

Es ist aber auch eine Variante zur Ausführungsform gemäß Fig. 9 denkbar, bei welcher Variante die Antriebsmotoren 101 bis 106 fehlen. Der Photograph hat dann zwar die im Anzeigefeld 52 angezeigten Soll-Einstellungen manuell vorzunehmen, genießt aber den Vorteil, daß sämtliche Einstellungen und Verstellungen des Bildträgers und/oder Objektivträgers automatisch an das Rechenwerk 53 übertragen und laufend in die Berechnungen einbezogen werden.

Zusätzlich zu den optischen Anzeigen im Anzeigefeld 52 oder gegebenenfalls anstelle derselben können akustische Anzeigevorrichtungen vorhanden sein, die z. B. elektronische Sprachsimulatoren aufweisen.

Fig. 10 zeigt eine zweckmäßige und vorteilhafte Ergänzung der in Fig. 9 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung. Zusätzlich zu den elektrischen Ist-Positionssignalen 90 bis 95, welche den Haltevorrichtungen 26 und 27 des Bildträgers 21 bzw. des Objektivträgers 22 sowie den Gelenken mit den Gelenkachsen 31 und 32 (Fig. 4) zugeordnet sind, weist die Ausführungsform gemäß Fig. 10 weitere elektrische Ist-Positionssignalgeber 110 und 111 auf, welche dem Stativkopf 37 (Fig. 4) zugeordnet sind und elektrische Signale entsprechend dem jeweiligen Neigungs- bzw. Schwenkwinkel um die Horizontalachse 39 bzw. die Vertikalachse 40 erzeugen. Diese elektrischen Signale werden über das Kabel 100 dem elektronischen Rechenwerk 53 zugeleitet. Letzteres ist derart programmiert, daß es auch die von den Ist-Positionssignalgebern 110 und 111 gelieferten Signale in die Berechnungen der Soll-Einstellung des Bild- und/oder des Objektivträgers der Kamera einbezieht. Hierdurch ist es dem Photographen ermöglicht, die Richtung der Kamerabasis 28 zu verändern, ohne daß nachher von neuem die Raumkoordinaten der maßgebenden Gegenstandspunkte ermittelt werden müssen. Eine solche Veränderung der Richtung der Kamerabasis 28 kann z. B. angezeigt oder notwendig sein, wenn die Verstellbarkeit des Bild- und des Objektivträgers allein nicht ausreicht, um eine korrekte Kameraeinstellung nach Scheimpflug herbeizuführen.

Wenn in bekannter Weise die Kamerabasis 28 um ihre Längsachse im Halter 36 des Stativkopfes 37 drehbar und in der jeweils gewünschten Drehlage feststellbar ist, kann mit Vorteil ein weiterer Ist-Positionssignalgeber 112 vorhanden sein, wie in Fig. 10 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, so daß dieser Ist-Positionssignalgeber 112 elektrische Signale entsprechend der jeweiligen Drehlage der Kamerabasis 28 erzeugt. Über das Kabel 100 werden diese Ist-Positionssignale dem elektronischen Rechenwerk 53 zugeführt. Letzteres ist in diesem Fall derart programmiert, daß es auch die vom Ist-Positionssignalgeber 112 gelieferten Signale in die Berechnungen einbezieht. Dem Photographen ist hierdurch ermöglicht, den Bildausschnitt durch Verändern der Drehstellung der Kamerabasis 28 zu ändern, ohne daß nachher von neuem die Raumkoordinaten der maßgebenden Gegenstandspunkte ermittelt zu werden brauchen.

In Fig. 10 ist schließlich auch noch ein elektrischer Signalgeber 113 für die automatische Eingabe des y&min;-Koordinatensignals angedeutet. Dieser Signalgeber 113 arbeitet z. B. in Steuerabhängigkeit von elektrooptischen oder elektroakustischen Echolot-Einrichtungen, wie sie mit Bezug auf Fig. 6 erwähnt worden sind und welche zur Ermittlung des jeweiligen Abstandes der Visieröffnung 61 des stabförmigen Indexgliedes 60 von dem Objektivträger 22 dienen.

Es ist klar, daß auch die Ausführungsform nach Fig. 10 durch die mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen ergänzt sein kann.

Während gemäß Fig. 4 der Rechner 50 ein mit der Kamera 20 durch ein elektrisches Kabel 100 verbundenes Gerät ist, sind selbstverständlich auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen der Rechner unmittelbar an einen Bestandteil der Kamera angesteckt oder in einen Kamerabestandteil integriert ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung zum Ermitteln der optimalen Einstellungen der verstellbaren Objektiv- und Bildträger einer photographischen Kamera nach dem Gesetz von Scheimpflug, mit Meß- und Einstellvorrichtungen zum Festlegen einer Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger, dadurch gekennzeichnet,

    daß Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen von Signalen für die auf ein gegebenes Bezugssystem bezogenen Raumkoordinaten von mindestens drei frei auswählbaren Bildpunkten (A&min;, B&min;, C&min;) des jeweiligen Szenenbildes (M) bei der Anfangs-Einstellung vorgesehen sind,

    daß eine Eingabe-Vorrichtung (55, 59) zum Erzeugen von Signalen für die Brennweite des Objektivs (23) oder/und den gewünschten mittleren Abbildungsmaßstab oder/und die Werte für die Lage des Objektivs (23) im Bezugssystem vorhanden ist,

    und daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) und die Eingabe-Vorrichtung (55, 59) an Signaleingänge eines Rechners (53) zum Berechnen einer optimalen Gegenstandsebene (G), welche durch zu den ausgewählten Bildpunkten (A&min;, B&min;, C&min;) optisch konjugierte Gegenstandspunkte (A, B, C) definiert ist, und zum Berechnen der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers (22, 21) und zur Ausgabe von Positionssignalen für die Soll-Einstellung oder/und von Positionsänderungssignalen für die zum Herbeiführen der Soll-Einstellung nötigen Verstellungen des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) angeschlossen sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten von mehr als drei ausgewählten Bildpunkten ausgebildet sind,

    daß an Signaleingängen des Rechners (53) weitere Eingabevorrichtungen (80-82) zum Erzeugen von zusätzlichen Signalen für die Größe des in der Bildebene zulässigen Zerstreuungskreises und entweder für die Größe der Eintrittspupille des Objektivs (23) oder für die Brennweite und die relative Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) angeschlossen sind,

    daß der Rechner (53) ferner ausgebildet ist zur Berechnung der bildseitigen Schärfentiefe aufgrund der zusätzlichen Signale,

    und daß der Rechner (53) weiter derart ausgebildet ist, daß er aufgrund der Schärfentiefe und der Signale für die Raumkoordinaten der ausgewählten Bildpunkte die Soll-Positionssignale oder/und die Positionsänderungssignale für eine solche Soll-Einstellung des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) erzeugt, bei welcher die ausgewählten Bildpunkte innerhalb der bildseitigen Schärfentiefe liegen.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53) weiter zur Ausgabe eines Soll-Blendensignals der für die Einhaltung der Schärfentiefe nötigen relativen Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) oder/und eines Blendenänderungssignals für die zum Herbeiführen des Soll-Wertes der relativen Öffnung nötigen Verstellung der Blende ausgebildet ist.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten in einem Bezugssystem ausgebildet sind, das seinen Ursprung im Schnittpunkt der optischen Achse und der Hauptebene des Objektivs (23) hat und eine mit der optischen Achse des Objektivs zusammenfallende Koordinatenachse aufweist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten am Bildträger (21) der Kamera (20) anbringbare oder angebrachte Meßmittel (43-46; 60-63) zum Ermitteln von in der Bildebene liegenden Flächenkoordinaten der ausgewählten Bildpunkte sowie weitere Meßmittel (28, 35) zum Ermitteln einer dem Abstand zwischen dem Objektivträger (22) und dem Bildträger (21) entsprechenden weiteren Koordinate eines jeden ausgewählten Bildpunktes aufweisen.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel zum Ermitteln der Flächenkoordinaten mindestens ein in der Bildebene bewegbares Einstellglied (45, 46; 61) aufweisen, das auf einen beliebigen Punkt der Bildebene einstellbar ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel zum Ermitteln der weiteren Koordinate jedes ausgewählten Bildpunktes elektrooptische oder elektroakustische Entfernungs-Meßeinrichtungen aufweisen.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Bildträger der Kamera mindestens ein optoelektrisches Element angebracht ist, welches jeweils beim Vorliegen des Schärfeoptimums eines ausgewählten Bildpunktes ein Steuersignal erfaßt und an den Rechner liefert.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an Signalausgänge des Rechners (53) eine Signalauswertungsvorrichtung (54) angeschlossen ist, welche elektrooptische und/oder akustische Anzeigevorrichtungen zum Anzeigen der den Soll-Positionssignalen entsprechenden Soll-Einstellung oder/und der den Positionsänderungssignalen entsprechenden nötigen Verstellungen zum Herbeiführen der Soll-Einstellung des Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers (22) aufweist.
  10. 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertungsvorrichtung (54) ferner elektrooptische und/oder akustische Anzeigevorrichtungen zum Anzeigen der dem Soll-Blendensignal entsprechenden relativen Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) oder/und der dem Blendenänderungssignal entsprechenden nötigen Verstellung der relativen Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) aufweist.
  11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Einstellvorrichtungen des Bildträgers (21) und des Objektivträgers (22) mit an Signaleingänge des Rechners (53) angeschlossenen Eingabevorrichtungen (90-95) zum Erzeugen der Positionssignale gekuppelt sind.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Einstellvorrichtungen mindestens eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) je mit einem Antriebsmotor (101-106) gekuppelt sind und daß die Signalauswertvorrichung (54) Steuerungsmittel aufweist zum Steuern der Antriebsmotoren (101-106), derart daß die Soll-Einstellung des Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers (22) automatisch herbeiführbar ist.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel für die Blende des Objektivs (23) mit einem an einen Signaleingang des Rechners (53) angeschlossenen Signalgeber gekuppelt sind.
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende des Objektivs (23) mittels eines Antriebsmotors (83) verstellbar ist und daß eine Signalauswertungsvorrichtung (54) zum Steuern des Antriebsmotors (83) vorgesehen ist.
  15. 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingänge des Rechners (53) zusätzliche Eingabevorrichtungen (70) angeschlossen sind zum Erzeugen von zusätzlichen Signalen für die Grenzen der Verstellbarkeit eines jeden der Meß- und Einstellvorrichtungen der Objektiv- und Bildträger (22, 21) und ggf. für die Grenzen der mechanischen und/oder optischen Verstellbarkeit eines Fremdlicht abschirmenden Verbindungsorgans (24) zwischen dem Objektiv- und dem Bildträger (22, 21) und daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß er die Soll-Positionssignale oder die Positionsänderungssignale mit den zusätzlichen Signalen für die Verstellbarkeitsgrenzen vergleicht und jeweils ein Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung (54) liefert, wenn die Soll-Einstellung zu einer Überschreitung der Grenzen der Verstellbarkeit einer der Verstellmechanismen oder des Verbindungsorgans (24) führen würde, und daß die Signalauswertungsvorrichtung (54) durch das Warnsignal steuerbare Blockiereinrichtungen für den betreffenden Verstellmechanismus und/oder einen durch das Warnsignal steuerbaren elektrooptischen und/oder akustischen Signalgeber zur Warnanzeige aufweist.
  16. 16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingängen des Rechners (53) zusätzliche Eingabevorrichtungen (71-73) angeschlossen sind zum Erzeugen von zusätzlichen elektrischen Signalen für den Bildwinkel des Objektivs (23), die Abmessungen des Bildfensters der Kamera und die Lage des Bildfensters in der Bildebene, und daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß er die Soll-Positionssignale oder die Positionsänderungssignale mit den genannten zusätzlichen Signalen vergleicht und jeweils ein elektrisches Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung (54) liefert, wenn die Soll-Einstellung zu einer Überschreitung des durch den Bildwinkel des Objektivs und die Abmessungen und die Lage des Bildfensters gegebenen Bereichs führen würde, und daß die Signalauswertungsvorrichtung (54) durch das Warnsignal steuerbare Blockiereinrichtungen für die betreffende Einstellvorrichtung und/oder einen durch das Warnsignal steuerbaren elektrooptischen und/oder akustischen Signalgeber zur Warnanzeige aufweist.
  17. 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertungsvorrichtung (54) durch die Ausgangssignale steuerbare Anzeigevorrichtungen aufweist zur visuellen oder/und akustischen Information über die vorzunehmenden Handlungen für das Herbeiführen der Soll-Einstellung des Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers (22) und/oder ggf. der Arbeitsblende des Objektivs (23).
  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß nach dem Scharfeinstellen eines ausgewählten Bildpunktes und nach dem Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten dieses Bildpunktes bei dem nachfolgenden Scharfeinstellen eines weiteren ausgewählten Bildpunktes der Rechner (53) die Signalauswertungsvorrichtung (54) so steuert, daß die Anzeigevorrichtung visuell oder/und akustisch anzeigen, welche weiteren Verstellungen mindestens eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) nötig sind, damit die vorhergegangene Scharfeinstellung erhalten bleibt.
  19. 19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß er nach dem Herbeiführen der Soll-Einstellung des Bildträgers (21) und/oder des Objektivträgers (22) zyklisch überprüft, ob das Gesetz nach Scheimpflug weiterhin erfüllt ist, und daß bei auftretenden Veränderungen der Signale der Einstellung eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) der Rechner (53) die Signalauswertungsvorrichtung (54) so steuert, daß die Anzeigevorrichtungen visuell oder/und akustisch anzeigen, welche weiteren Verstellungen nötig sind, damit das Gesetz nach Scheimpflug erneut erfüllt wird.
  20. 20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß nach dem Scharfeinstellen eines ausgewählten Bildpunktes und nach dem Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten dieses Bildpunktes bei dem nachfolgenden Scharfeinstellen eines weiteren ausgewählen Bildpunktes der Rechner (53) die Antriebsmotoren (101-106) der Einstellvorrichtungen mindestens eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) automatisch so steuert, daß die vorhergegangene Scharfeinstellung erhalten bleibt.
  21. 21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß er nach dem Herbeiführen der Soll-Einstellung des Bildträgers (21) und/oder des Objektivträgers (22) zyklisch überprüft, ob das Gesetz nach Scheimpflug weiterhin erfüllt ist, und daß bei auftretenden Veränderungen der Einstellung eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) der Rechner (53) mittels der Signalauswertungsvorrichtung die Antriebsmotoren (101-106) der Einstellvorrichtungen automatisch so steuert, daß das Gesetz nach Scheimpflug erneut erfüllt wird.
  22. 22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingängen des Rechners (53) eine Eingabevorrichtung (59) zum Erzeugen eines den gewünschten mittleren Abbildungsmaßstab wiedergebenden Signals angeschlossen ist und der Rechner (53) derart ausgebildet ist, daß infolge des genannten Signals der Rechner (53) mittels der Signalauswertungsvorrichtung (54) die Antriebsmotoren (101-106) der Verstellmechanismen des Objektivträgers (22) und des Bildträgers (21) automatisch so steuert, daß unter Einhaltung des Gesetzes nach Scheimpflug der an der Eingabevorrichtung (59) eingestellte mittlere Abbildungsmaßstab erzielt wird.






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