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Fernsehkamera mit Mitteln zur Erzeugung stehender Bilder eines z.
B. mittels eines Förderbandes bewegten Gegenstandes Die Erfindung betrifft- eine
Fernsehkamera mit Mitteln zur Erzeugung stehender Bilder eines z. B. mittels eines
Förderbandes bewegten Gegenstandes, vor deren Objektiv ein Spiegel angeordnet ist,
der um eine quer zur Bewegungsrichtung des zu beobachtenden Gegenstandes liegende
Achse periodisch derart drehbar ist, daß er zunächst dem bewegten Gegenstand folgt
und dabei dessen Spiegelbild in das Objektiv wirft und dann beschleunigt in seine
Ausgangslage zurückgeführt wird.
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In der deutschen Auslegeschrift 1178 893 ist eine Anordnung zur Fernsehübertragung
von Kinofilmen beschrieben, bei der das von einem Lichtfleck beschriebene Raster
mittels eines schwenkbaren Spiegels derart auf den Film projiziert wird, daß auf
den Filmbildern ein relativ zum Film ruhendes Abbild des Rasters erzeugt wird. Der
Lichtfleck, der mittels einer Kathodenstrahlröhre erzeugt wird, ist sehr klein,
so daß der Spiegel und damit die bewegten Massen kleingehalten werden können. Außerdem
ist der Winkel, um welchen der Spiegel gedreht wird, ebenfalls klein. Der Spiegel
wird nur mit einer einzigen Frequenz hin- und tiergedreht. Das durch den Film tretende
Licht fällt auf eine Photozelle.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
mit einer Fernsehkamera zu schaffen, die es ermöglicht; stehende Bilder eines bewegten
Gegenstandes, beispielsweise eines auf einem Förderband bewegten Gegenstandes zu
erzeugen. Dabei ist die Erfindung nicht generell auf die Beobachtung eines gleichförmig
bewegten Gegenstandes beschränkt, sondern kann auch dann Anwendung finden, wenn
es sich um eine beschleunigte Bewegung handelt.
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Man könnte grundsätzlich daran denken, zur Lösung der Aufgabe der
Beobachtung eines bewegten Gegenstandes mittels einer Fernsehkamera die Fernsehkamera
selbst dreh- oder schwenkbar oder aber linear verschiebbar zu lagern. In Anbetracht
des Gewichtes der Kamera und der häufig erforderlichen Genauigkeit der Bewegung
der Kamera relativ zur Bewegung des Gegenstandes macht dies aber konstruktive Schwierigkeiten
und verursacht hohe Kosten.
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In der USA.-Patentschrift 2 905 758 ist deshalb vorgeschlagen, vor
dem Objektiv einer Fernsehkamera einen drehbaren Spiegel vorzusehen, der mittels
einer Fernbedienung so eingestellt werden kann, daß das Licht von dem aufzunehmenden
Gegenstand in das Kameraobjektiv fällt. Der Spiegel wird über ein Schneckengetriebe
bewegt, so daß er nur verhältnismäßig langsam gedreht werden kann. Diese Anordnung
ist daher zur Lösung der oben geschilderten Aufgabe nicht geeignet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Spiegel durch
Federn zu einem Drehschwingsystem solcher Dimensionierung ergänzt ist, daß seine
Eigenfrequenz groß gegenüber der Frequenz der periodischen Drehbewegung ist, daß
die Antriebsmittel des Spiegels einen mit konstanter Drehzahl laufenden Motor mit
einem Reibradgetriebe veränderbare Übersetzung enthalten und daß zwischen den Antriebsmitteln
und dem Spiegel eine magnetische Kupplung vorgesehen ist, die mittels in ihrem Erregerstromkreis
liegender Kontakte zur beschleunigten Rückführung des Spiegels abgeschaltet wird.
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Es braucht also nur der Spiegel nebst seiner Achse gedreht zu werden,
der aber verhältnismäßig schwer ist, da er größer als der Objektivdurchmesser sein
muß. Trotzdem wird mit der neuen Anordnung erreicht, daß der Spiegel um große Winkelbeträge
mit verschiedenen, bis zu hohen Geschwindigkeiten periodisch gekippt werden kann.
Es wird daher ohne großen Aufwand ermöglicht, die Drehbewegung des Spiegels der
jeweiligen Bewegung des zu beobachtenden Gegenstandes anzupassen. Bewegt sich der
Gegenstand mit der Geschwindigkeit v, so folgt der Spiegel mit der Winkelgeschwindigkeit
worin R der Abstand zwischen Spiegelachse und bewegtem Gegenstand ist. Handelt es
sich um eine gleichförmige Bewegung, so wird man die Winkelgeschwindigkeit w des
Spiegels so wählen, daß die Winkelgeschwindigkeit in jedem Augenblick in der eben
genannten Beziehung zur Geschwindigkeit v des Gegenstandes steht. Bewegt sich dagegen
der Gegenstand
nicht gleichförmig, so kann man für die Winkelgeschwindigkeit
einen konstanten Wert nehmen, der dem Mittelwert v der Geschwindigkeit des Gegenstandes
entspricht.
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Die Periodendauer T der periodischen Drehbewegung des Spiegels und
damit dessen maximaler Drehwinkel x= w # T ist zweckmäßigerweise gemäß
der Beziehung
proportional derjenigen von dem mit der linearen Geschwindigkeit v bewegten Gegenstand
zurückgelegten Wegstrecke L, auf der dessen Beobachtung folgen soll. Durch diese
exakte Anpassung des Drehwinkels x an die Beobachtungsstrecke L ist die maximal
mögliche Ausnutzung der Bewegung des Spiegels sichergestellt. Man kann durch Verändern
der Periodendauer T bei festgehaltener Winkelgeschwindigkeit ui des Spiegels oder
durch Verändern dieser Winkelgeschwindigkeit bei konstanter Periode T oder aber
durch Kombination der beiden Maßnahmen den maximalen Drehwinkel a des Spiegels ändern:
Die Verwendung des Reibradgetriebes ermöglicht in einfacher Weise bei Einsetzen
eines geeigneten Motors bei guter zeitlicher Konstanz der Kippschwingungen eine
bestmögliche Anpassung der Winkelgeschwindigkeit des Spiegels an die Bewegung des
jeweils zu beobachtenden Gegenstandes zu erzielen.
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Die im Erregerstromkreis liegenden Kontakte können mit Anschlägen
zusammenwirkende Endkontakte sein, die zur Einstellung des maximalen Drehwinkels
a des Spiegels dienen. Dabei sind die Anschläge entweder am Spiegel selbst oder
an der sich mitdrehenden Drehachse befestigt; während dann die Kontakte fest angeordnet
sind. Verständlicherweise ist es auch möglich, die Kontakte an der Drehbewegung
des Spiegels teilnehmend anzuordnen und dann feste Anschläge vorzusehen. Die Kontakte
brauchen aber nicht notwendigerweise mit Anschlägen zusammenwirken, d. h. durch
die Bewegung des Spiegels selbst betätigt zu werden, sondern es kann den Kontakten
ein von einem Motor veränderbarer Drehzahl angetriebenes Kontaktschaltwerk zugeordnet
sein. In diesem Fall läßt sich in dem Kontaktschaltwerk praktisch ein Programm für
die Kontaktbetätigung speichern, so daß bei Kenntnis der Bewegung des zu beobachtenden
Gegenstandes, insbesondere im Falle einer nicht gleichförmigen Folge mehrerer Gegenstände,
eine gesteuerte Nachführung des Spiegels möglich ist.
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Die Eigenfrequenz des Drehschwingungssystems soll groß gegenüber der
Frequenz der erzwungenen Schwingung sein. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
Mittel zur Dämpfung der Eigenschwingung, z. B. Luftdämpfer oder weichelastische
Anschläge, vorzusehen. Das System ist dann so gedämpft, daß der Spiegel im ausgekuppelten
Zustand zumindest ungefähr aperiodisch in die Ausgangslage zurückkehrt.
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Vorzugsweise wählt man die Abschaltdauer der magnetischen Kupplung
gleich der oder etwas größer als eine halbe Periode der Eigenschwingung des Schwingungssystems.
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Der Spiegel kann mit seinen Antriebsmitteln in einem gegebenenfalls
wetterfesten Gehäuse angeordnet sein, das mit Fenstern zum Strahldurchtritt an den
entsprechenden Stellen versehen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren beschrieben, von
denen F i g. 1 den zeitlichen Verlauf der Drehbewegung des Spiegels wiedergibt und
die übrigen Figuren Ausführungsbeispiele für die konstruktive Verwirklichung der
Erfindung zeigen.
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In F i g. 1 ist der zeitliche Verlauf der vom Spiegel ausgeführten
periodischen Drehschwingung wiedergegeben. Zu diesem Zweck ist der Augenblickswert
des Drehwinkels -a über der Zeit t aufgetragen. Eine Periode der Drehbewegung ist
mit T bezeichnet; sie setzt sich zusammen aus der relativ langsam ansteigenden Vorderflanke
und der sehr steilen Hinterflanke des sägezahnförmigen Verlaufs der Bewegung. Während
des Anstiegs des Sägezahns folgt der Spiegel mit seiner Drehbewegung der Bewegung
des zu beobachtenden Gegenstandes; die sehr steile Hinterflanke des Sägezahns stellt
die Rückführung in die Ausgangslage dar.
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F i g. 2 gibt das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung wieder.
Oberhalb des Förderbandes 1, das mittels Rollen 2 geführt ünd mit der Geschwindigkeit
v in der Figur von links nach rechts bewegt wird, ist die Fernsehkamera 3 mit dem
Objektiv 4 angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Fernsehkamera der Spiegel 5 zugeordnet,
der um die Drehachse 6 um einen Winkel a schwenk- bzw. drehbar gelagert ist. In
diesem Ausführungsbeispiel liegt die Achse 6 in der Verlängerung der Achse a des
Objektivs 4 der Fernsehkamera. Die Anordnung des Spiegels 5 ist so getroffen, daß
er von dem zu beobachtenden Gegenstand 7, beispielsweise einem mittels des Förderbandes
1 transportierten Material, ein Bild in das Objektiv 4 der Kamera einspiegelt, solange
sich der Gegenstand 7 innerhalb der Wegstrecke L befindet, in der er beobachtet
werden soll. Der Winkel a ist also entsprechend der gewünschten Beobachtungsstrecke
L gemäß den oben angegebenen Beziehungen gewählt. Er tritt nochmals als derjenige
Winkel auf, unter dem vom Spiegel her gesehen die Beobachtungsstrecke L erscheint;
in diesem Fall handelt es sich um den doppelten Winkel 2a.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen diejenige Ausbildung der Erfindung, in der
der Spiegel mittels Federn zu einem Drehschwingsystem ergänzt ist. Dabei stellt
F i g. 3 eine Seitenansicht und F i g. 4 eine Aufsicht dar. Der Spiegel ist wiederum
mit 5 und seine Achse mit 6 bezeichnet. Die Antriebsmittel enthalten den Motor
8, der in diesem Ausführungsbeispiel eine konstante Drehzahl besitzt, da
zur Änderung der Drehgeschwindigkeit des Spiegels 5 das Reibradgetriebe 9, 10 veränderbarer
Übersetzung vorgesehen ist.
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Die Übertragung der Drehbewegung des Motors 8 erfolgt über die magnetische
Kupplung 11, in deren Erregerstromkreis 13 der Kontakt 14 liegt. Bei dem Kontakt
14 kann es sich beispielsweise um einen Endkontakt, der mit Anschlägen am Spiegel
zusammenwirkt, oder, sofern der Kontakt an den an der Drehbewegung teilnehmenden
Konstruktionsteilen befestigt ist, um einen mit ortsfesten Anschlägen zusammenwirkenden
Kontakt handeln. Er sorgt dafür, daß nach Beendigung des ersten Teils der periodischen
Drehbewegung, während der der Spiegel mit seiner Drehbewegung der Bewegung des zu
beobachtenden Gegenstandes folgt, der Spiegel lediglich unter der Wirkung der Federn
15 und 16 steht,
die mit ihm zusammen das Drehschwingsystem bilden.
In diesem Ausführungsbeispiel arbeitet gemäß F i g. 3 der Kontakt 14 mit dem an
der Achse 6 des Spiegels befestigten Anschlag 17 zusammen, der zugleich zusammen
mit dem beispielsweise aus weichelastischem Material bestehenden Gegenanschlag 18
die Ausgangslage des Spiegels 5 bestimmt.
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Die Lage des Kontaktes 14 kann zur Änderung der Periodendauer bzw.
des Winkels 2,x bezüglich der Lage der Anschläge einstellbar sein.
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Während in diesem Ausführungsbeispiel die Winkelgeschwindigkeit der
vom Spiegel 5 durchgeführten periodischen Drehbewegung durch Änderung der Stellung
des auf dem Support 8 a gelagerten Motors 8 in Richtung der in F i g. 4 am Motor
angegebenen Pfeile und damit durch Änderung des übersetzungsverhältnisses des Reibradgetriebes
9,10 erfolgt, wird die Frequenz der periodischen Drehbewegung des Spiegels 5 durch
periodisches Unterbrechen des Erregerstromkreises 13 der magnetischen Kupplung
11
mittels des Kontaktes 14 erzielt.
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Zwecks Erzielung einer aperiodischen Bewegung des Drehspiegels bei
seiner beschleunigten Rückführung ist der Luftdämpfer 19 vorgesehen, der mit dem
Hebelarm 17 zusammenwirkt. Dieser Hebelarm 17 dient also drei Aufgaben: Außer der
Befestigung des Luftdämpfers 19 dient er zugleich als mit dem Gegenanschlag 18 zusammenwirkender
Anschlag und als Anschlag zur Betätigung des Endkontaktes 14. Darüber hinaus greifen
an ihm auch die beiden Federn 15 und 16 an.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels der F i g. 5 ist zur Betätigung
der Kontakte 14' der Motor 20 vorgesehen, der in seiner Drehzahl durch den Vorwiderstand
21 geregelt werden kann und über eine Transmission 22 oder ein anderes geeignetes
übertragungsmittel das Kontaktschaltwerk 23 betätigt. Dieses Kontaktschaltwerk trägt
seinerseits Nocken 24, die mit den Kontakten 14' zusammenwirken. Die Kontakte 14'
können in Serie mit den Kontakten 14 (F i g. 3) geschaltet sein.
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Der Spiegel kann zusammen mit seinen Antriebsmitteln in nicht dargestellter
Weise zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein, die in einem gegebenenfalls wetterfesten
Gehäuse angeordnet ist. In diesem Gehäuse müssen dann Fenster vorgesehen sein, die
den Durchtritt des das Bild des beobachteten Gegenstandes darstellenden Strahlenbündels
zum Spiegel und den Austritt des reflektierten Bildes in Richtung des Objektivs
der Fernsehkamera gestatten.
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Mit der Erfindung ist eine Möglichkeit zur Übertragung von Fernsehbildern
auch von bewegten Gegenständen geschaffen, die mit fest angeordneter Fernsehkamera
arbeitet und lediglich einen wenig aufwendigen, leicht zu bewegenden Zusatz enthält,
der die Aufgabe des Verfolgens des sich bewegenden Gegenstandes übernimmt.