DE102013206169A1

DE102013206169A1 - Digitale Kamera

Info

Publication number: DE102013206169A1
Application number: DE201310206169
Authority: DE
Inventors: Klaus Jacumet
Original assignee: Arnold and Richter KG; Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold and Richter KG; Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-09
Also published as: US20140300797A1

Abstract

Eine digitale Kamera, insbesondere Laufbildkamera, mit einer Objektivhalterung zum Anschließen eines Objektivs und mit einem Bildsensor, wobei der Bildsensor und das Objektiv längs einer optischen Achse der Kamera angeordnet sind, ist gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung, welches dazu angepasst ist, den Abstand zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor längs der optischen Achse zu verstellen, und eine Steuereinrichtung mit wenigstens einem Betriebsparameter-Signaleingang zum Empfangen wenigstens eines Betriebsparameterwerts der Kamera oder eines angeschlossenen Objektivs, wobei die Steuereinrichtung dazu angepasst ist, einen gewünschten Abstandswert zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor auf der Grundlage des wenigstens einen Betriebsparameterwerts zu bestimmen und die Verstellvorrichtung dazu anzusteuern, den Abstand zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor auf den gewünschten Abstandswert einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Kamera, insbesondere Laufbildkamera, mit einer Objektivhalterung zum Anschließen eines Objektivs und mit einem Bildsensor, wobei der Bildsensor und das Objektiv längs einer optischen Achse der Kamera angeordnet sind.
Die Objektivhalterung definiert eine Auflageebene für das anzuschließende Objektiv. Der Bildsensor erstreckt sich entlang einer lichtempfindlichen Sensorebene, wobei die Sensorebene der Bildebene der optischen Anordnung entspricht. In der Regel erstrecken sich die Auflageebene und die Sensorebene senkrecht zu der optischen Achse der Kamera, wobei es jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass der Winkel der Auflageebene und/oder der Sensorebene in Bezug auf die optische Achse verändert werden kann, was beispielsweise für eine geometrische Bildentzerrung benutzt werden kann. Der Abstand zwischen der Auflageebene und der Sensorebene bildet das sogenannte Auflagemaß der Kamera.
Zum Einstellen der Bildschärfe ist am Objektiv oftmals ein drehbarer Objektivring vorgesehen, welcher mit einer Entfernungsskala versehen ist. Damit ein Objekt, das sich in einer Entfernung befindet, welche dem eingestellten Entfernungswert auf der Entfernungsskala entspricht, tatsächlich auch scharf abgebildet wird, ist es erforderlich, dass das tatsächliche Auflagemaß demjenigen Auflagemaß entspricht, für welches das jeweilige Objektiv konzipiert wurde. Die Toleranzen des Auflagemaßes sollten nicht mehr als ± 0,01 mm betragen, damit eine scharfe Abbildung entsprechend des eingestellten Entfernungswertes gewährleistet ist. Ein korrektes Auflagemaß ist insbesondere bei einer Entfernungseinstellung auf "unendlich" notwendig, da aufgrund einer mechanischen Begrenzung des Fokusverstellbereichs des Objektivs unter Umständen eine Fokussierung auf "unendlich" sonst nicht möglich wäre.
Das für eine exakte Fokussierung notwendige Auflagemaß kann von verschiedenen Rahmenbedingungen im Betrieb der Kamera abhängen, so dass mitunter Abweichungen zwischen dem eingestellten Entfernungswert gemäß Entfernungsskala des Objektivs und der tatsächlichen Entfernung des abzubildenden Objekts auftreten und/oder keine optimale Fokussierung erfolgt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale Kamera zu schaffen, welche eine verbesserte Fokussierung ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine digitale Kamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße digitale Kamera umfasst eine Verstellvorrichtung, welche dazu angepasst ist, den Abstand zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor längs der optischen Achse zu verstellen. Die Kamera umfasst ferner eine Steuereinrichtung mit wenigstens einem Betriebsparameter-Signaleingang zum Empfangen wenigstens eines Betriebsparameterwerts der Kamera oder eines angeschlossenen Objektivs, wobei die Steuereinrichtung dazu angepasst ist, einen gewünschten Abstandswert zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor auf der Grundlage des wenigstens einen Betriebsparameterwerts zu bestimmen und die Verstellvorrichtung dazu ansteuern, den Abstand zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor auf den gewünschten Abstandswert einzustellen.
Bei der erfindungsgemäßen Kamera erfolgt das Einstellen des Abstandes zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor, also des Auflagemaßes, auf den gewünschten Abstandswert automatisch in Ansprechen auf den genannten Betriebsparameterwert. Bei dem Betriebsparameterwert handelt es sich um einen Wert, der einen momentanen Betriebszustand der Kamera charakterisiert. Der genannte Betriebsparameterwert ist insbesondere von einem eingestellten Fokuswert oder einem gewünschten Fokuswert des angeschlossenen Objektivs verschieden, d.h. das Einstellen des gewünschten Abstandswerts dient nicht unmittelbar dem Fokussieren in Ansprechen auf einen Fokuswert, sondern einem Kompensieren eines falschen oder sub-optimalen Auflagemaßes in Ansprechen auf einen momentanen Betriebszustand der Kamera. Beispiele für mögliche Betriebsparameterwerte werden nachfolgend noch näher erläutert. Eine aufwändige manuelle Anpassung des Auflagemaßes, etwa durch ein Unterlegen von Ausgleichsscheiben zwischen dem Objektiv und der Objektivhalterung, ist nicht erforderlich.
Das angeschlossene Objektiv kann beispielsweise eine Fokuseinstelleinrichtung zum Einstellen eines Fokuswerts des Objektivs umfassen, wobei insbesondere ein manuelles oder halbautomatisches Einstellen des Fokuswerts vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann das Einstellen des Fokuswerts mittels eines Elektromotors erfolgen, der einen Objektivring verdreht und der aufgrund einer entsprechenden Vorgabe eines Kameramanns oder eines Assistenten angesteuert wird. Das Einstellen des Abstands zwischen der Objekthalterung und dem Bildsensor dient demgegenüber nicht dem Einstellen des Fokuswerts, sondern lediglich der Korrektur oder Kompensation von unerwünschten Effekten während des Betriebs der Kamera. Bei diesen Effekten kann es sich beispielsweise um Temperatureffekte oder um blendenabhängige Öffnungsfehler des Objektivs handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Verstellvorrichtung dazu angepasst, den Bildsensor längs der optischen Achse zu versetzen. Obwohl es auch grundsätzlich möglich ist, die Objektivhalterung mithilfe der Verstellvorrichtung zu versetzen, stellt ein Versetzen des Bildsensors geringere konstruktive und fertigungstechnische Anforderungen an die Verstellvorrichtung.
In dem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn der maximale Versatzweg des Bildsensors höchstens 250 µm beträgt. Generell ist ein geringer Versatzweg vorgesehen und ausreichend, da das Versetzen des Bildsensors nicht dem Einstellen der Fokuslage, sondern lediglich der Korrektur oder Kompensation von unerwünschten Effekten während des Betriebs der Kamera dient. Somit kann ein einfacher und dennoch genauer Aktor, beispielsweise ein Piezoelement, für die Verstellvorrichtung vorgesehen werden.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung dazu angepasst, den gewünschten Abstandswert derart zu bestimmen, dass die Bildschärfe eines auf dem Bildsensor abgebildeten Objekts für eine gegebene Fokuseinstellung des Objektivs maximal ist. Hierdurch kann eine sich aufgrund optischer Fehler des Objektivs (z.B. sphärische Aberration, chromatische Aberration) und/oder aufgrund variierender Betriebszustände der Kamera oder des Objektivs verändernde mittlere Bildweite derart kompensiert werden, dass die Bildschärfe stets insgesamt optimal ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der genannte Betriebsparameterwert einen eingestellten Blendenwert oder einen gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs. In dem Fall weist das angeschlossene Objektiv eine einstellbare Objektivblende zum Einstellen eines gewünschten Blendenwerts auf. Das Auflagemaß wird in Abhängigkeit von dem Blendenwert geändert.
In dem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung dazu angepasst ist, den gewünschten Abstandswert derart zu bestimmen, dass die Bildschärfe eines auf dem Bildsensor abgebildeten Objekts für den eingestellten Blendenwert oder den gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs maximal ist. Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass fast jedes Objektiv einen mehr oder weniger großen Öffnungsfehler aufweist. Der auch als sphärische Aberration bezeichnete Öffnungsfehler bewirkt, dass von einem bestimmten Objektpunkt ausgehende Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch das Objektiv nicht in einem einzigen Bildpunkt vereint werden, sondern in einer Vielzahl von Bildpunkten innerhalb eines bestimmten Schnittweitenbereichs zusammentreffen. Die jeweilige Schnittweite oder Position längs der optischen Achse eines bestimmten Bildpunkts hängt dabei von der Strahlhöhe, d.h. dem Radius (Abstand von der optischen Achse) derjenigen kreisförmigen Linsenzone ab, welche diesen Bildpunkt erzeugt. Letztlich führt der Öffnungsfehler also zu einer Bildunschärfe, wobei in der Regel eine optimale Bildweite (Anordnung der lichtempfindlichen Sensorebene) gefunden werden kann, bei welcher eine maximale Gesamtbildschärfe vorliegt. Da sich die Bildpunkte für einen kleinen eingestellten Blendenwert, d.h. einer großen Blendenapertur, im Mittel in einem anderen Abstands- oder Schnittweitenbereich befinden als die Bildpunkte für einen großen eingestellten Blendenwert, d.h. einer kleinen Öffnungsapertur der Objektivblende, kann sich die optimale Bildweite in Abhängigkeit von dem Blendenwert verschieben, d.h. bei einer gegebenen Fokuseinstellung variiert der Bereich der maximalen Bildschärfe geringfügig entlang der optischen Achse in Abhängigkeit von dem eingestellten bzw. dem gewünschten Blendenwert. Diese Variation kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Verstellvorrichtung kompensiert werden, ohne dass es bei einer Änderung des Blendenwerts einer Änderung der Fokuseinstellung bedarf.
Hierzu kann vorgesehen sein, dass der genannte Betriebsparameter-Signaleingang der Steuereinrichtung mit einer Objektivdatenschnittstelle verbunden ist, die an der Objektivhalterung der Kamera vorgesehen ist, um den eingestellten Blendenwert von dem angeschlossenen Objektiv zu empfangen. Hierbei kann das Objektiv einen Blendenwertsensor aufweisen, welcher dazu angepasst ist, ein Blendenwertsignal auf der Grundlage des eingestellten Blendenwerts zu erzeugen und (direkt oder über einen Datenspeicher) an die Objektivdatenschnittstelle der Kamera auszugeben. Insbesondere kann der eingestellte Blendenwert Teil eines Satzes von Daten sein, die von dem Objektiv über eine Schnittstelle ausgegeben werden (z.B. gemäß dem ARRI Lens Data System).
Weiterhin kann der genannte Betriebsparameterwert zusätzlich zu dem eingestellten Blendenwert einen Brennweitenwert des angeschlossenen Objektivs umfassen. In dem Fall kann auch der Wert der festen Brennweite oder der eingestellten Brennweite des angeschlossenen Objektivs über die Objektivdatenschnittstelle an den Betriebsparameter-Signaleingang der Steuereinrichtung übermittelt werden. Falls das Objektiv eine Festbrennweite aufweist, kann das Objektiv eine Speichereinrichtung aufweisen, in welcher der Brennweitenwert hinterlegt ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der genannten Verbindung mit einer Objektivdatenschnittstelle kann der genannte Betriebsparameter-Signaleingang der Steuereinrichtung dazu angepasst sein, den gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs von einer externen Objektivsteuereinheit zu empfangen, welche das angeschlossene Objektiv von außen steuert. Bei der externen Objektivsteuereinheit kann es sich beispielsweise um eine Fernsteuereinheit handeln, die eine Motoreinheit steuert, welche an der Außenseite des angeschlossenen Objektivs angreift und die insbesondere den gewünschten Blendenwert an der Objektivblende einstellt. Der gewünschte Blendenwert ist somit der von außen eingestellte Blendenwert, d.h. ein entsprechendes Steuersignal, wobei nicht unbedingt ein entsprechender Blendenwertsensor für eine Regelung mit einer Rückkopplung vorgesehen sein muss.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kamera zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor ein Filterelement. Das Filterelement kann etwa eine planparallele Platte sein, die den Strahlengang beeinflusst, beispielsweise ein Tiefpassfilter, ein Neutraldichtefilter (ND-Filter), ein Ultraviolett- oder ein Infrarotfilter, welches insbesondere fest eingebaut oder wahlweise in den Strahlengang einfahrbar oder einschwenkbar sein kann. Da die mit einer bestimmten Kamera verwendbaren Objektive oftmals für einen Strahlengang innerhalb der Kamera ohne ein derartiges Filterelement ausgelegt sind, müssen die Auswirkungen auf die Position der Bildpunkte und insbesondere auf die Abhängigkeit der Bildpunktverschiebung von der Strahlhöhe, d.h. dem Abstand von der optischen Achse, kompensiert werden. Im Falle des Vorhandenseins eines derartigen Filterelements ist eine blendenwertabhängige Korrektur des Auflagemaßes besonders vorteilhaft, insbesondere auch dann, wenn das Filterelement fest eingebaut ist.
Der genannte Betriebsparameterwert kann insbesondere auch einen Filterelementerkennungswert umfassen, wobei die Kamera wenigstens einen Filterelementdetektor umfasst, welcher dazu angepasst ist, den Filterelementerkennungswert zu erzeugen, wenn in einem Bereich zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor ein Filterelement vorhanden ist (insbesondere das vorstehend bereits erläuterte Filterelement). Der genannte Betriebsparameter-Signaleingang der Steuereinrichtung ist mit dem Filterelementdetektor verbunden, um den Filterelementerkennungswert zu empfangen. Demnach ist die Steuereinrichtung dazu angepasst, den gewünschten Abstandswert unter Berücksichtigung des Filterelementerkennungswerts zu bestimmen, insbesondere auch zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Berücksichtigung des Blendenwerts. Der Filterelementerkennungswert kann ein binärer Wert sein, entsprechend dem Zustand "Filterelement vorhanden" oder "Filterelement nicht vorhanden".
Allerdings kann der Filterelementdetektor auch dazu angepasst sein, Information über die Art und/oder über wenigstens eine optische Eigenschaft des Filterelements zu erfassen, wobei der Filterelementerkennungswert diese Information umfasst. Beispielhafte optische Eigenschaften sind in dem Zusammenhang die Dicke und/oder der Brechungsindex des Filterelements. Der Filterelementdetektor kann die besagte Information beispielsweise dadurch erfassen, dass er aufgrund einer Filterelementkennung, die eine eindeutige Identifizierung des Filterelements ermöglicht, die gewünschte Information aus einer Look-Up-Tabelle ermittelt. Alternativ kann die Information auch in einem am Filterelement vorgesehenen Speicher hinterlegt sein.
Vorteilhafterweise ist der Filterelementdetektor dazu angepasst, selbsttätig zu ermitteln, ob in dem Bereich zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor ein Filterelement vorhanden ist. Diese Ermittlung kann insbesondere über einen optischen, mechanischen oder elektrischen Sensor erfolgen. Alternativ kann der Filterelementdetektor eine benutzerbetätigte Eingabeeinrichtung aufweisen, welche dazu angepasst ist, Information zumindest über das Vorhandensein eines genannten Filterelements, bevorzugt auch Information über wenigstens eine optische Eigenschaft des genannten Filterelements zu erfassen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der genannte Betriebsparameterwert einen Temperaturwert, wobei die Kamera einen Temperatursensor umfasst, welcher dazu angepasst ist, auf der Grundlage einer erfassten Temperatur den Temperaturwert zu erzeugen, und wobei der genannte Betriebsparameter-Signaleingang der Steuereinrichtung mit dem Temperatursensor verbunden ist, um den Temperaturwert zu empfangen. Die Steuereinrichtung ist also dazu angepasst, den gewünschten Abstand auf der Grundlage des Temperaturwerts zu bestimmen, insbesondere auch zusätzlich zu der vorstehend genannten Berücksichtigung des Blendenwerts. Somit ist es möglich, dass etwa temperaturbedingte Änderungen des Auflagemaßes aufgrund thermischer Ausdehnung und/oder temperaturbedingte Brennweitenänderungen des Objektivs kompensiert werden können. Mit Hilfe des Temperatursensors kann zum Beispiel die Temperatur im Inneren der Kamera, eines Kameragehäuses oder der näheren Umgebung der Kamera erfasst werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinrichtung ferner einen Kalibrierwert-Signaleingang zum Empfangen wenigstens eines Auflagemaß-Kalibrierwerts auf, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu angepasst ist, den gewünschten Abstandswert zwischen der Objektivhalterung und dem Bildsensor zusätzlich auf der Grundlage des wenigstens einen Auflagemaß-Kalibrierwerts zu bestimmen. Die Berücksichtigung des Auflagemaß-Kalibrierwerts kann insbesondere auch zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Berücksichtigung des Blendenwerts, des Filterelementerkennungswerts und/oder des Temperaturwerts erfolgen. Durch die Berücksichtigung eines Auflagemaß-Kalibrierwerts ist es möglich, auch solche Objektive mit der Kamera zu verwenden, die ein abweichendes Auflagemaß erfordern. Derartige Abweichungen beim Auflagemaß können sich beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen ergeben. Ein weiterer Grund für solche Abweichungen kann darin bestehen, dass das Objektiv ursprünglich für eine andere Kamera mit einem abweichenden Auflagemaß konzipiert wurde. Der Auflagemaß-Kalibrierwert kann mithilfe einer geeigneten Prozedur ermittelt und in einer mit der Steuereinrichtung verbundenen oder verbindbaren Speichereinrichtung, beispielsweise einem am Objektiv vorgesehenen Objektivdatenspeicher, hinterlegt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen genannt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen digitalen Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Darstellung eines Öffnungsfehlerverlaufs eines Objektivs.
Eine erfindungsgemäße digitale Kamera 10, insbesondere eine Laufbildkamera (Filmkamera), umfasst eine Objektivhalterung 12, an welche ein Objektiv 14 angeschlossen ist. Das Objektiv 14 ist hier rein schematisch mit einer einzigen Linse 26 und einer verstellbaren Objektivblende 28 zur Einstellung unterschiedlicher Blendenwerte dargestellt. Grundsätzlich kann das Objektiv 14 auch mehrere Linsen aufweisen, welche mit fester oder veränderbarer Brennweite angeordnet sind.
Die Kamera 10 umfasst ferner einen Bildsensor 16, wobei das Objektiv 14 und der Bildsensor 16 längs einer optische Achse X angeordnet sind. Der Bildsensor 16 ist mit einer Verstellvorrichtung 18, beispielsweise einem Piezoelement, gekoppelt. Mit Hilfe der Verstellvorrichtung 18 kann der Bildsensor 16 längs der optischen Achse X in einer durch einen Doppelpfeil angegebenen Verstellrichtung V versetzt werden. Durch das Versetzen des Bildsensors 16 kann der Abstand zwischen der Objektivhalterung 12 und dem Bildsensor 16, insbesondere das Auflagemaß entsprechend dem Abstand A zwischen einer durch die Objektivhalterung 12 definierten Auflageebene für das Objektiv 14 und der Bildebene des Sensors 16, verstellt werden.
Im Strahlengang zwischen dem Objektiv 14 und dem Bildsensor 16 ist ferner wahlweise ein Filterelement 30, beispielsweise ein optisches Tiefpassfilter, ein Neutraldichtefilter, ein Ultraviolett- oder ein Infrarotfilter, vorgesehen.
Die Kamera 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 20, welche mehrere Betriebsparameter-Signaleingänge 22 aufweist und mit der Verstellvorrichtung 18 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 20 berechnet einen gewünschten Abstandswert in Abhängigkeit von Betriebsparameterwerten, die an den Betriebsparameter-Signaleingängen 22 empfangen werden, und sie steuert die Verstellvorrichtung 18 dazu an, den genannten Abstand A auf den berechneten gewünschten Wert einzustellen. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Einer der Betriebsparameter-Signaleingänge 22 ist mit einer an der Objektivhalterung 12 vorgesehenen Objektivdatenschnittstelle 24 verbunden, welche wiederum mit einem am Objektiv 14 vorgesehenen Blendenwertsensor 32 zur Erfassung des an der Objektivblende 28 eingestellten Blendenwerts verbunden ist.
Ein zweiter Betriebsparameter-Signaleingang 22 ist mit einem Filterelementdetektor 34 verbunden, welcher dazu angepasst ist, einen Filterelementerkennungswert zu erzeugen und an die Steuereinrichtung 20 zu übermitteln, wenn in dem Bereich zwischen der Objektivhalterung 12 und dem Bildsensor 16 das genannte Filterelement 30 vorhanden ist. Der Filterelementdetektor 34 kann ferner dazu angepasst sein, Information über die Art und/oder über wenigstens eine optische Eigenschaft des Filterelements 30 zu erfassen und diese Information als den Filterelementerkennungswert an die Steuereinrichtung 20 zu übermitteln. Bei der genannten Information kann es sich beispielsweise um die Dicke und/oder den Brechungsindex des Filterelements 30 handeln. Der Filterelementdetektor 34 kann beispielsweise einen optischen, mechanischen oder elektrischen Sensor und/oder Kontakt umfassen.
Ein dritter Betriebsparameter-Signaleingang 22 ist mit einem Temperatursensor 36 der Kamera 10 verbunden, welcher dazu ausgelegt ist, die Temperatur der Kamera 10 zu ermitteln und als Betriebsparameterwert an die Steuereinrichtung 20 zu übermitteln.
Schließlich weist die Steuereinrichtung 20 einen Kalibrierwert-Signaleingang 38 auf, welcher zum Empfangen wenigstens eines Auflagemaß-Kalibrierwerts angepasst ist. Der Auflagemaß-Kalibrierwert kann durch eine einmalige werkseitige Kalibrierung der Kamera mit Hilfe einer geeigneten Testroutine ermittelt werden und/oder durch eine nachträgliche Kalibrierung ermittelt und in einer zugeordneten Speichereinrichtung (nicht dargestellt), die mit dem Kalibrierwert-Signaleingang 38 verbunden oder verbindbar ist, gespeichert werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kamera 10 näher erläutert.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, weisen reale Objektive einen Öffnungsfehler auf, welcher zu einer Verschiebung des Bildpunkts in Abhängigkeit von der Strahlhöhe führt, mit welcher die den jeweiligen Bildpunkt erzeugenden Strahlen das Objektiv passieren.
Der entsprechende Zusammenhang ist in 2 allgemein qualitativ dargestellt. Auf der X-Achse von 2 ist die Bildpunktverschiebung ∆f entlang der optischen Achse in Abhängigkeit von der Strahlhöhe h aufgetragen, wobei die gestrichelte Kurve die Bildpunktverschiebung für ein unkorrigiertes Objektiv und die durchgezogene Kurve die Bildpunktverschiebung für ein korrigiertes Objektiv angibt, d.h. für ein Objektiv mit einer optischen Korrektur des Öffnungsfehler (z.B. durch Verwendung geeigneter zusätzlicher Linsen). Während bei einer sehr kleinen eingestellten Blendenapertur der Öffnungsfehler nur geringe Auswirkungen hat, d.h. nur eine sehr kleine Bildpunktverschiebung ∆f erfolgt, hat der Öffnungsfehler bei einer größeren Blendenapertur (entsprechend einer größeren Strahlhöhe h und einem kleineren eingestellten Blendenwert) eine größere Bildpunktverschiebung ∆f zur Folge, wobei sich die einzelnen Bildpunkte in Abhängigkeit von der Strahlhöhe h der sie erzeugenden Strahlen über einen bestimmten Bereich längs der optischen Achse verteilen. Bei einem unkorrigierten Objektiv (gestrichelte Kurve) ergibt sich für eine noch größere Blendenapertur eine noch größere Bildpunktverschiebung ∆f, während bei einem korrigierten Objektiv (durchgezogene Kurve) die Bildpunktverschiebung ∆f mit weiter zunehmender Strahlhöhe wieder geringer wird und schließlich sogar negative Wert annimmt. Die Position und Ausdehnung des effektiven Schnittweitenbereichs variiert somit in beiden Fällen in Abhängigkeit von dem eingestellten Blendenwert.
Wie vorstehend erläutert, existiert für jeden Blendenwert ein Abstand A oder Auflagemaß, bei welchem die Bildschärfe auf der Bildebene des Bildsensors 16 insgesamt optimal ist. Dieses optimale Auflagemaß lässt sich rechnerisch oder experimentell ermitteln und kann in der Steuereinrichtung 20 in Form einer algebraischen Gleichung oder als Look-up-Tabelle hinterlegt werden.
Somit kann das Auflagemaß A in Abhängigkeit von dem an der Objektivblende 28 eingestellten und mittels des Blendenwertsensors 32 erfassten Blendenwerts mit Hilfe der Verstellvorrichtung 18 so eingestellt werden, dass stets eine optimale Bildschärfe erreicht wird. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Fokus des Objektivs 14 alleine auf der Grundlage eines Entfernungswerts einer an einem Fokuseinstellring des Objektivs 14 vorhandenen Entfernungsskala einzustellen, wobei dieser Entfernungswert der Entfernung eines scharf abzubildenden Objekts von der Kamera entspricht. Durch das zusätzliche Anpassen des Auflagemaßes A wird hierbei gewährleistet, dass der eingestellte Fokus für alle Blendenwerte eine scharfe Abbildung des Objekts gewährleistet. D.h. auch ohne Änderung des eingestellten Entfernungswerts (Drehstellung des Fokuseinstellrings) führt eine Änderung des Blendenwerts automatisch zu einem entsprechenden Verstellen des Auflagemaßes A, um das in 2 gezeigte Variieren der Bildpunktverschiebung ∆f zu kompensieren.
Bei digitalen Kameras 10 wird zur Verbesserung der Bildqualität oftmals ein Filterelement 30 in den Strahlengang zwischen dem Objektiv 14 und dem Bildsensor 16 eingebracht. Derartige Filterelemente 30 umfassen häufig eine planparallele Platte, welche zu einem Parallelversatz der auftreffenden Lichtstrahlen in Abhängigkeit von ihrem Auftreffwinkel führen. Wie in 1 in unmaßstäblicher Weise dargestellt ist, führt ein solcher Versatz ebenfalls zu einer Bildpunktverschiebung, wobei das Maß des Versatzes vom Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf das Filterelement 30 und damit unter anderem auch von der Strahlhöhe abhängt.
Grundsätzlich kann das Vorhandensein eines Filterelements bei der Berechnung und Konstruktion eines entsprechenden Objektivs berücksichtigt werden. Oftmals sollen jedoch auch solche Objektive in Kameras eingesetzt werden, die nicht auf das Vorhandensein von Filterelementen im Strahlengang ausgelegt sind. Dies bedeutet mit neuerlicher Bezugnahme auf 2, dass ein derartiges Objektiv zwar gemäß der durchgezogenen Kurve optisch korrigiert ist, so dass die Bildpunktverschiebung ∆f im Vergleich zu einem unkorrigierten Objektiv nur in einem relativ geringen Maß mit der Strahlhöhe h variiert. Diese Korrektur wird jedoch bei Vorhandensein eines Filterelements im Strahlengang gestört, so dass das Filterelement ein deutlicheres Variieren der Bildpunktverschiebung ∆f mit der Strahlhöhe h bewirkt als durch die durchgezogene Kurve in 2 gezeigt. Bei der erfindungsgemäßen Kamera 10 gemäß 1 besteht die Möglichkeit, das Vorhandensein eines Filterelements 30 zu kompensieren. Mit Hilfe des Filterelementdetektors 34 kann ein entsprechender filterelementbezogener Betriebsparameterwert oder Filterelementerkennungswert erfasst und an die Steuereinrichtung 20 übermittelt werden. Die Berücksichtigung des entsprechenden Filterelementerkennungswerts kann wiederum auf rechnerischer oder experimenteller Basis erfolgen. Insbesondere kann nicht nur der Filtererkennungswert als einziger Betriebsparameterwert, sondern zusätzlich auch der eingestellte oder gewünschte Blendenwert als weiterer Betriebsparameterwert berücksichtigt werden.
Allerdings ist anzumerken, dass der Filterelementdetektor 24 nicht zwingend erforderlich ist. Auch im Falle eines fest eingebauten Filterelements 30 ist eine Kompensation möglich und sinnvoll. In diesem Fall kann eine Information über das Vorhandensein eines fest eingebauten Filterelements 30 in der Steuereinrichtung 20 dauerhaft gespeichert sein, damit die Steuereinrichtung 20 bei der Berechnung des gewünschten Abstandswerts (zwischen der Objektivhalterung 12 und dem Bildsensor 16) in Abhängigkeit von dem genannten Blendenwert auch das Vorhandensein des fest eingebauten Filterelements 30 berücksichtigt.
Schließlich können sich aufgrund von Änderungen der Betriebstemperatur bzw. der Umgebungstemperatur der Kamera 10 weitere Bildpunktverschiebungen ergeben, die eine Anpassung des Auflagemaßes A erfordern. Hierfür kann der von dem Temperatursensor 36 erfasste Temperaturwert als Betriebsparameterwert bei der Einstellung des gewünschten Abstandswerts alternativ oder zusätzlich zu dem Blendenwert und/oder dem Filtererkennungswert berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Kamera
12: Objektivhalterung
14: Objektiv
16: Bildsensor
18: Verstellvorrichtung
20: Steuereinrichtung
22: Betriebsparameter-Signaleingang
24: Objektivdatenschnittstelle
26: Linse
28: Objektivblende
30: Filterelement
32: Blendenwertsensor
34: Filterelementdetektor
36: Temperatursensor
38: Kalibrierwert-Signaleingang
A: Auflagemaß, Abstand
V: Verstellrichtung
X: optische Achse

Claims

Digitale Kamera (10), insbesondere Laufbildkamera, mit einer Objektivhalterung (12) zum Anschließen eines Objektivs (14) und mit einem Bildsensor (16), wobei der Bildsensor (16) und das Objektiv (14) längs einer optischen Achse (X) der Kamera (10) angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung (18), welche dazu angepasst ist, den Abstand (A) zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) längs der optischen Achse (X) zu verstellen, und eine Steuereinrichtung (20) mit wenigstens einem Betriebsparameter-Signaleingang (22) zum Empfangen wenigstens eines Betriebsparameterwerts der Kamera (10) oder eines angeschlossenen Objektivs (14), wobei die Steuereinrichtung (20) dazu angepasst ist, einen gewünschten Abstandswert zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) auf der Grundlage des wenigstens einen Betriebsparameterwerts zu bestimmen und die Verstellvorrichtung (18) dazu anzusteuern, den Abstand (A) zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) auf den gewünschten Abstandswert einzustellen.
Kamera nach Anspruch 1, wobei die Verstellvorrichtung (18) dazu angepasst ist, den Bildsensor (16) längs der optischen Achse (X) zu versetzen.
Kamera nach Anspruch 2, wobei der maximale Versatzweg des Bildsensors (16) höchstens 250 µm beträgt.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstellvorrichtung (18) wenigstens ein Piezoelement umfasst.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu angepasst ist, den gewünschten Abstandswert derart zu bestimmen, dass die Bildschärfe eines auf dem Bildsensor (16) abgebildeten Objekts (14) für eine gegebene Fokuseinstellung des Objektivs (14) maximal ist.
Kamera nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Betriebsparameterwert einen eingestellten Blendenwert oder einen gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs (14) umfasst.
Kamera nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu angepasst ist, den gewünschten Abstandswert derart zu bestimmen, dass die Bildschärfe eines auf dem Bildsensor (16) abgebildeten Objekts für den eingestellten Blendenwert oder den gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs (14) maximal ist.
Kamera nach Anspruch 6 oder 7, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter-Signaleingang (22) der Steuereinrichtung (20) mit einer Objektivdatenschnittstelle (24) verbunden ist, die an der Objektivhalterung (12) der Kamera (10) vorgesehen ist, um den eingestellten Blendenwert von dem angeschlossenen Objektiv (14) zu empfangen.
Kamera nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Betriebsparameterwert zusätzlich zu dem eingestellten Blendenwert einen Brennweitenwert des angeschlossenen Objektivs (14) umfasst.
Kamera nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter-Signaleingang (22) der Steuereinrichtung (20) dazu angepasst ist, den gewünschten Blendenwert des angeschlossenen Objektivs (14) von einer externen Objektivsteuereinheit zu empfangen, welche das angeschlossene Objektiv (14) von außen steuert.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (10) zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) ein Filterelement (30) umfasst.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Betriebsparameterwert einen Filterelementerkennungswert umfasst, wobei die Kamera (10) wenigstens einen Filterelementdetektor (34) umfasst, welcher dazu angepasst ist, den Filterelementerkennungswert zu erzeugen, wenn in einem Bereich zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) ein Filterelement (30) vorhanden ist, und wobei der wenigstens eine Betriebsparameter-Signaleingang (22) der Steuereinrichtung (20) mit dem Filterelementdetektor (34) verbunden ist, um den Filterelementerkennungswert zu empfangen.
Kamera nach Anspruch 12, wobei der Filterelementdetektor (34) ferner dazu angepasst ist, Information über die Art und/oder über wenigstens eine optische Eigenschaft des Filterelements (30) zu erfassen, wobei der Filterelementerkennungswert diese Information umfasst.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Betriebsparameterwert einen Temperaturwert umfasst, wobei die Kamera (10) einen Temperatursensor (36) umfasst, welcher dazu angepasst ist, auf der Grundlage einer erfassten Temperatur den Temperaturwert zu erzeugen, und wobei der wenigstens eine Betriebsparameter-Signaleingang (22) der Steuereinrichtung (20) mit dem Temperatursensor (36) verbunden ist, um den Temperaturwert zu empfangen.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung ferner einen Kalibrierwert-Signaleingang (38) zum Empfangen wenigstens eines Auflagemaß-Kalibrierwerts aufweist, wobei die Steuereinrichtung (20) ferner dazu angepasst ist, den gewünschten Abstandswert zwischen der Objektivhalterung (12) und dem Bildsensor (16) zusätzlich auf der Grundlage des wenigstens einen Auflagemaß-Kalibrierwerts zu bestimmen.