DE102016004674B4 - Drive system for a camera - Google Patents
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Abstract
Antriebs-System für eine Kamera (1, 2, 3) eines als Bild- und/oder Videoaufnahmegerät ausgebildeten Kamera-Träger-Geräts (11, 37, 4), wobei das Antriebs-System mit der Kamera (1, 2, 3) gekoppelt ist, wobei die Kamera (1, 2, 3) ein eigenes Kamera-Gehäuse (3) umfasst, das frei drehbar ist und innerhalb des Kamera-Träger-Geräts (11, 37, 4) eingebaut ist, wobei das Antriebs-System aus- mindestens einer Bimetall-Spiralfeder (5), die in Form einer Spirale gebaut ist und die mit einem Ende mit dem frei drehbaren Kamera-Gehäuse (3) und mit dem anderen Ende mit dem Träger-Gerät (11, 37, 4) gekoppelt ist, und die bei Erwärmung oder Erhitzung ein Drehmoment erzeugt,- Stromleitungen (10), die mit der Bimetall-Spiralfeder (5) gekoppelt sind,- einer Auswerteeinheit oder Steuerung (6), die mit der Bimetall-Spiralfeder (5) gekoppelt ist und sie unter Strom setzt, wobei sie dadurch erwärmt oder erhitzt wird, besteht, wobei mehrere Bimetall-Spiralfedern (5) eingebaut sind, die so angeordnet sind, dass sie die Kamera (1, 2, 3) um verschiedene Achsen drehen können.Drive system for a camera (1, 2, 3) of a camera carrier device (11, 37, 4) designed as an image and/or video recording device, wherein the drive system is coupled to the camera (1, 2, 3), wherein the camera (1, 2, 3) comprises its own camera housing (3) which is freely rotatable and is installed within the camera carrier device (11, 37, 4), wherein the drive system consists of- at least one bimetallic spiral spring (5) which is constructed in the form of a spiral and which is coupled at one end to the freely rotatable camera housing (3) and at the other end to the carrier device (11, 37, 4), and which generates a torque when heated or heated,- power lines (10) which are coupled to the bimetallic spiral spring (5),- an evaluation unit or control unit (6) which is coupled to the bimetallic spiral spring (5) and energizes it, thereby warming or heating it, wherein a plurality of bimetallic spiral springs (5) are installed, which are arranged such that they can rotate the camera (1, 2, 3) about different axes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebs-System für den Bild-Sensor und seine Optik-Begleitelemente (praktisch Bildaufnahme-Geräte und Kameras aller Art), innerhalb eines Geräts, das mit einer Kamera ausgestattet ist. Das Antriebs-System ist in der Lage den Bildsensor und seine Optik-Elemente (sein komplettes Linsen-System) in nahezu beliebige Richtungen gesteuert zu drehen und somit auch bewegliche Ziele zu erfassen, ohne dass es erforderlich ist, das ganze Gehäuse des Geräts, in dem die Kamera eingebaut ist, zu bewegen.The invention relates to a drive system for the image sensor and its accompanying optical elements (practically image recording devices and cameras of all kinds) within a device that is equipped with a camera. The drive system is able to rotate the image sensor and its optical elements (its complete lens system) in almost any direction and thus also to detect moving targets without it being necessary to move the entire housing of the device in which the camera is installed.
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Das Antriebs-System findet Anwendung in allen Geräten, die einen Bildaufnahme-Sensor aufweisen, wie z.B. Digitalkameras aller Art (Videokameras, Kleinbildkameras, digitale Spiegelreflex Kameras), Notebook, Smartwatch (eine Art Armbanduhr mit PC-ähnliche oder Smartphone Funktionen), Tablett-PC, sowie Webcams, Drohnenkameras, Fahrzeugkameras oder Überwachungskameras, Datenbrille, Mobil-Telefon, unter anderem Smartphone, Endoskopie-Kamera, medizinischen Geräten aller Art, die eine Kamera aufweisen, etc.. Das Antriebs-System ist in der Lage, den Kamera-Sensor und dessen Optik in all diesen Geräten zu bewegen oder zu drehen und das gesteuert in beliebige Richtung. Nicht das ganze Träger-Gerät der Kamera wird bewegt oder gedreht, sondern lediglich der Bildsensor mit seiner Optik innerhalb des Träger-Geräts, fast wie ein menschliches Auge.The drive system is used in all devices that have an image recording sensor, such as digital cameras of all kinds (video cameras, 35mm cameras, digital SLR cameras), notebooks, smartwatches (a type of wristwatch with PC-like or smartphone functions), tablet PCs, as well as webcams, drone cameras, vehicle cameras or surveillance cameras, data glasses, mobile phones, including smartphones, endoscopy cameras, medical devices of all kinds that have a camera, etc. The drive system is able to move or rotate the camera sensor and its optics in all of these devices and to do so in any direction. It is not the entire carrier device of the camera that is moved or rotated, but only the image sensor with its optics within the carrier device, almost like a human eye.
Insbesondere ist das System perfekt für kleine Geräte geeignet, die eine Kamera aufweisen, wie z.B. Mobiltelefone (Smartphone), Tablett-PC-s, Notebooks / Netbooks, Datenbrille, Smartwatch, unbemannte ferngesteuerte Drohnen, Roboter, Endoskope, etc.In particular, the system is perfectly suited for small devices that have a camera, such as mobile phones (smartphones), tablet PCs, notebooks / netbooks, data glasses, smartwatches, unmanned remote-controlled drones, robots, endoscopes, etc.
Nahezu jedes Tablett-PC, Notebook oder Mobiltelefon / Smartphone weist heutzutage eine eingebaute Kamera auf, meistens davon sogar zwei. Almost every tablet PC, notebook or mobile phone / smartphone today has a built-in camera, usually even two.
Zwei Kameras sind manchmal notwendig, um mit einer die Umgebung zu fotografieren oder Videos zu machen, und mit der anderen Kamera eine Videokonversation über Anbieter, die solche Dienste anbieten (z.B. Facebook, Skype, Tanga, Viber, X8, Cobra, Aquila, etc.) zu ermöglichen. Weil der Einbau einer Kamera aufwändig ist und auch weil die Teile nicht ganz günstig sind, werden in der Regel eine schwächere, minderwertige Frontkamera und eine bessere Rückkamera eingebaut. Der Einbau von zwei Kameras bringt noch weitere Nachteile mit sich. Der Platz in einem Smartphone wird dabei ziemlich eng für weitere Erweiterungen oder technische Neuigkeiten. In der Regel besetzt den meisten Platz in einem Smartphone der Akku. Aber auch die Kameras und deren Steuerung sind nicht ganz zu vernachlässigen. Der Einbau einer schwächeren, minderwertigeren Frontkamera bringt weitere Nachteile mit sich. Die übertragene Videoqualität über Videochat-Programme ist über die Frontkamera ziemlich schlecht. Während die Rückkamera meistens gute Fotos oder Videos erstellen kann, ist die Frontkamera in der Regel minderwertig. Dadurch, dass das Internet heutzutage immer schneller wird, liegt es im Interesse der Benutzer, Bilder oder Videos mit hoher Qualität zu übertragen. Zudem viele Menschen sich selber fotografieren (sog. Selfies), ist eine gute Bildqualität von der Frontkamera wünschenswert. Für die Film- / Video- oder Bild-Aufnahme wird bei einem Mobiltelefon ein Bild-Sensor verwendet, nach dem sich auch die Bildauflösung richtet. Bedingt durch die kleinen Abmessungen der optischen Linse sowie sehr kleine Sensoren ist die Bildaufnahme besonders anfällig für Bildrauschen. Auch bei guten Lichtverhältnissen können nur mäßig wertige Bilder erzeugt werden, verglichen mit herkömmlichen Digital-Kameras. Es ist ja auch klar, das bei solch extrem kleinen Bild-Sensoren und auch Mini-Linsen nur wenig Licht aus dem Umfeld- bzw. Bildmotiv ankommt und die fehlende Lichtinformation über elektrische Wege kompensiert wird. Hinzu kommt auch, dass die Sensor-Mikro-Bauteile in sehr engem Raum angeordnet sind, was zu Feld-Wechselwirkungen kommt und bei den Daten-Signalen kein „sauberer Transport“ gewährleistet werden kann, was zum Bildrauschen führt. Erst wenn Organik-Photo-Sensor Technologie auf dem Vormarsch ist, dann werden die Bilder weitgehend besser.Two cameras are sometimes necessary, one to take photos of the surroundings or make videos, and the other to enable a video conversation via providers that offer such services (e.g. Facebook, Skype, Tanga, Viber, X8, Cobra, Aquila, etc.). Because installing a camera is complex and because the parts are not particularly cheap, a weaker, inferior front camera and a better rear camera are usually installed. Installing two cameras brings with it other disadvantages. The space in a smartphone becomes quite tight for further extensions or technical innovations. The battery usually takes up most of the space in a smartphone. But the cameras and their controls should not be completely neglected either. Installing a weaker, inferior front camera brings with it other disadvantages. The video quality transmitted via video chat programs is pretty poor via the front camera. While the rear camera can usually take good photos or videos, the front camera is usually inferior. As the Internet is getting faster and faster these days, it is in the interest of users to transmit images or videos in high quality. In addition, many people take photos of themselves (so-called selfies), and good image quality from the front camera is desirable. For film/video or image recording, a mobile phone uses an image sensor, which also determines the image resolution. Due to the small dimensions of the optical lens and very small sensors, image recording is particularly susceptible to image noise. Even in good lighting conditions, only moderately high-quality images can be produced compared to conventional digital cameras. It is also clear that with such extremely small image sensors and even mini- Only a small amount of light from the surroundings or image subject reaches the lenses and the missing light information is compensated for via electrical paths. In addition, the sensor micro-components are arranged in a very small space, which leads to field interactions and no "clean transport" of the data signals can be guaranteed, which leads to image noise. Only when organic photo sensor technology is on the rise will the images become significantly better.
Der Einbau von zwei Kameras in einem Smartphone erfordert nicht nur den Einbau von zwei Kamerasensoren, beziehungsweise Bildsensoren, sondern auch die Optik-Begleitelemente, die in einem Bildaufnahme-Optik-System dazugehören, wie zum Beispiel optische Linsen, Bildkorrekturelemente, Bildstabilisatoren sowie eine Steuerung dazu. Auch die Software muss die beiden Kameras separat steuern können, was auch die Bedienung eines Smartphone mehr oder weniger komplizierter macht.Installing two cameras in a smartphone not only requires the installation of two camera sensors, or image sensors, but also the accompanying optical elements that are part of an image recording optical system, such as optical lenses, image correction elements, image stabilizers and a control system. The software must also be able to control the two cameras separately, which also makes operating a smartphone more or less complicated.
Die Erfindung in einem Smartphone (Mobiltelefon mit PC-Eigenschaften) eingebaut, ersetzt praktisch komplett die zweite Kamera, weil diese elektrisch drehbar ist und kann sowohl von der Rückseite als auch von der Vorderseite Bilder oder Videoaufnahmen machen. Insbesondere für kleine Geräte, wie z.B. Flugdrohnen, Datenbrille, Tablett-PC ist die Erfindung perfekt geeignet.The invention, when installed in a smartphone (mobile phone with PC features), practically completely replaces the second camera because it is electrically rotatable and can take pictures or video recordings from both the back and the front. The invention is particularly suitable for small devices such as drones, data glasses and tablet PCs.
Es gibt zahlreiche Antriebssysteme, die geeignet sind, um eine Kamera zu bewegen. Meistens werden Elektromotoren (in der Regel Schrittmotoren) und oft auch kleine Getriebe eingesetzt, die die Kamera hin und her schwenken können. Allerdings sind die Elektromotoren und Getriebe mit einigen Nachteilen verbunden. Diese sind nicht unendlich klein zu bekommen, bringen dementsprechendes Gewicht mit sich, können für Störungen anfällig sein (z.B. Staub oder Feuchtigkeit), sind nicht absolut lautlos und auch nicht super schnell in Bewegung, wenn eine schnelle Schwenkung der Kamera erreicht werden soll.There are numerous drive systems that are suitable for moving a camera. Most often, electric motors (usually stepper motors) and often small gears are used that can swivel the camera back and forth. However, electric motors and gears have some disadvantages. They cannot be made infinitely small, are accordingly heavy, can be susceptible to interference (e.g. dust or moisture), are not completely silent and do not move super quickly if a quick swivel of the camera is to be achieved.
Die Anmeldung
Um eine Kugel zu drehen, werden zahlreiche Methoden beschrieben.Numerous methods are described for rotating a ball.
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Auf dem Markt gibt es Webkamera für Laptops, die drehbar sind. Allerdings die Drehung erfolgt per Hand, rein mechanisch (direktes Anfassen der Webcam-Gehäuse mit der Hand).There are webcams for laptops on the market that can be rotated. However, the rotation is done manually, purely mechanically (directly touching the webcam housing with the hand).
Eine Art Webcam, die ebenso auf dem Markt sich befindet, kann sich elektrisch bewegen, ist allerdings über Elektromotoren und ein kleines Getriebe angetrieben. Die Bewegungs-Reaktionsgeschwindigkeit ist nicht besonders hoch.A type of webcam that is also on the market can move electrically, but is powered by electric motors and a small gear. The movement reaction speed is not particularly high.
Es werden Kamera-Systeme für Smartphones beschrieben, auch solche die drehbar sind, allerdings fast alle mechanisch. Mehrere Smartphone-Hersteller haben Smartphones entworfen, die eine drehbare Kamera haben, die per Hand mechanisch gedreht wird und dadurch wahlweise Bilder von hinten oder Frontbilder machen kann. Solche Kameras wurden auch in einige Laptops eingesetzt, wie z.B. ältere Baureihen von ASUS (Modell ASUS W5000). Die Kamera hier ist auf einem drehbaren Rahmen eingebaut und wird per Hand nach hinten oder vorne gedreht. Allerdings kann diese Kamera nur auf einer Achse gedreht werden. Man könnte theoretisch auch eine in mehrere Richtungen drehbare Kamera konstruieren, die in einer Kardanaufhängung angebracht wäre. Eine elektrisch drehbare Kamera im herkömmlichen Sinne für Notebooks ist aber in dem Fall mit mehreren Problemen verbunden: z.B. der herkömmliche Antrieb (meistens über Schrittmotoren und Getriebe) wäre zu groß, anfällig, würde die Ästhetik des Träger-Geräts zunichte machen und auch die Verkabelung müsste so konzipiert werden, dass diese nicht abreißt, wenn die Kamera hin und her gedreht wird.Camera systems for smartphones are described, including those that can be rotated, but almost all of them are mechanical. Several smartphone manufacturers have designed smartphones that have a rotatable camera that can be rotated mechanically by hand and can therefore take pictures from the back or the front. Such cameras have also been used in some laptops, such as older ASUS series (model ASUS W5000). The camera here is mounted on a rotating frame and is rotated backwards or forwards by hand. However, this camera can only be rotated on one axis. Theoretically, it would be possible to construct a camera that could rotate in several directions and that would be mounted on a gimbal. However, an electrically rotating camera in the traditional sense for notebooks would be associated with several problems in this case: for example, the conventional drive (usually via stepper motors and gears) would be too large, vulnerable, would ruin the aesthetics of the carrier device and the cabling would also have to be designed in such a way that it would not break when the camera is rotated back and forth.
Bei den aufgelisteten Anmeldungen, wobei eine Kugel gedreht wird, sind die dort beschriebenen Systeme ziemlich kompliziert, nicht ohne großen Aufwand in sehr kleinem Maßstab hinzubekommen und auch relativ anfällig.In the applications listed, where a ball is rotated, the systems described there are quite complicated, cannot be implemented on a very small scale without great effort and are also relatively vulnerable.
Es gibt ähnliche Prinzipe, die auch auf einem Mobil-Telefon, Laptop, Tablett-PC usw. theoretisch übertragbar sind.There are similar principles that are theoretically transferable to a mobile phone, laptop, tablet PC, etc.
Es gibt auch Methoden, einen Bildsensor in der Kamera leicht hin und her zu schwenken. Die optischen Elemente bleiben dabei statisch. Mit solchen Methoden werden Bildstabilisierungen vorgenommen, allerdings ist die Blickfeld-Änderung dabei nur sehr klein, sodass keine großartigen Effekte zu erwarten sind. Zudem sind hier physikalische Grenzen gesetzt: Je weiter der Bildsensor sich bewegt, desto verzerrter wird das Bild, weil der Sensor sich auf dem Blickfeld bzw. Fokus-Punkt der einfallenden Lichtstrahlen bewegt. Die optischen Elemente folgen der Sensorbewegung nicht mit. Ähnlich funktioniert eine Methode, wobei nur eine der Linsen (oder eine Gruppe von denen) hin und her schwenken kann. Auch hier treten Nachteile auf, in Form von Bildverzerrung bei großen Schwenk-Amplituden. Hier wird der einfallende Lichtstrahl mehr oder weniger verzerrt, je nachdem, wie groß die Schwenk-Amplitude der Linse ist.There are also methods of gently swiveling an image sensor in the camera back and forth. The optical elements remain static. Such methods are used to stabilize the image, but the change in the field of view is very small, so no great effects are to be expected. There are also physical limits here: the further the image sensor moves, the more distorted the image becomes, because the sensor moves in the field of view or focus point of the incoming light rays. The optical elements do not follow the movement of the sensor. A method works in a similar way, where only one of the lenses (or a group of them) can swivel back and forth. Here, too, there are disadvantages, in the form of image distortion with large swivel amplitudes. Here, the incoming light beam is more or less distorted, depending on how large the swivel amplitude of the lens is.
Die namhaften Hersteller (z.B. SONY, Panasonic, etc.) bauen elektromagnetisch bewegbare Linsen in Smartphone-Kameras oder bei anderen hochwertigen Geräten. Die Linse ist dabei entlang der optischen Achse hin und her bewegbar. Auf diese Weise funktioniert die automatische Autofokus-Einstellung bei hochwertigen Kameras.Well-known manufacturers (e.g. SONY, Panasonic, etc.) build electromagnetically movable lenses in smartphone cameras or other high-quality devices. The lens can be moved back and forth along the optical axis. This is how the automatic autofocus setting works in high-quality cameras.
Wie beschrieben, es gibt genügend elektrische Antriebe für Kameras (Überwachung-Kameras, IP-Webcams, etc.), aber es werden dort für den Antrieb hauptsächlich Elektromotoren und auch Getriebe eingesetzt. Die Antrieb-Systeme sind dort zu grob, zu langsam und es ist nahezu unmöglich oder sehr aufwändig, diese auf Reiskorn-Größe zu verkleinern.As described, there are enough electric drives for cameras (surveillance cameras, IP webcams, etc.), but mainly electric motors and gears are used for the drive. The drive systems are too coarse, too slow and it is almost impossible or very difficult to reduce them to the size of a grain of rice.
Für besseres Verständnis werde ich ab hier jedes Gerät, das eine Kamera aufweist, Träger-Gerät nennen. Das kann z.B. eine Videokamera, Kleinbildkamera, Spiegelreflex Kamera, Notebook, Smartwatch (Armbanduhr mit PC-Funktion und / oder eingebauten Mobiltelefon-Eigenschaften), Tablett-PC, Webcam, Drohne, Fahrzeug, Flugzeug, Rakete, Roboter, Überwachungskamera, Datenbrille, Mobil-Telefon - unter anderem Smartphone, Extrem-Sport-Kamera, TV-Studio- / Kino-Film-Kamera, SteadyCam, etc. sein.For better understanding, from now on I will call every device that has a camera a carrier device. This can be, for example, a video camera, 35mm camera, SLR camera, notebook, smartwatch (wristwatch with PC function and/or built-in mobile phone features), tablet PC, webcam, drone, vehicle, aircraft, rocket, robot, surveillance camera, data glasses, mobile phone - including smartphone, extreme sports camera, TV studio/cinema film camera, steadycam, etc.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 16 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Antriebs-System für Kameras aller Art zu schaffen, das in der Lage ist, die Kamera innerhalb eines Träger-Geräts flüssig und lautlos, mit dem Bewegungs-Effekt fast wie das des menschlichen Auge, zu drehen.The invention specified in patent claims 1 to 16 is based on the problem of creating a drive system for cameras of all types which is able to rotate the camera within a carrier device smoothly and silently, with the movement effect almost like that of the human eye.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 16 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the features listed in patent claims 1 to 16.
Ein erfindungsgemäßes Antriebs-System ist mit einer Kamera gekoppelt, welche Teil eines Bild- und/oder Video-Aufnahmegeräts bildet. Dieses Antriebs-System weist ein Kamera-Träger-Gerät auf. Die Kamera weist ein eigenes Kamera-Gehäuse auf, welches frei drehbar innerhalb des Kamera-Träger-Geräts eingebaut ist. Das Antriebs-System besteht aus mindestens einer Bimetall-Spiralfeder, die in Form einer Spirale gebaut ist. Mit einem Ende ist diese Bimetall-Spiralfeder mit dem frei drehbaren Kamera-Gehäuse gekoppelt, während sie mit dem anderen Ende mit dem Träger-Gerät gekoppelt ist. Bei Erwärmung oder Erhitzung erzeugt diese Bimetall-Spiralfeder ein Drehmoment, um die Verdrehung der Kamera zu bewirken. Diese Erwärmung oder Erhitzung wird durch Bestromung der Bimetall-Spiralfeder erzeugt, welche zu diesem Zweck mit Stromleitungen verbunden ist. Mit der Bimetall-Spiralfeder ist außerdem eine Auswerteeinheit oder Steuerung gekoppelt, die die Bimetall-Spiralfeder unter Strom setzt und dadurch erwärmt oder erhitzt. Dabei sind mehrere Bimetall-Spiralfedern so eingebaut, dass sich die Kamera um verschiedene Achsen drehen kann.A drive system according to the invention is coupled to a camera which forms part of an image and/or video recording device. This drive system has a camera carrier device. The camera has its own camera housing which is installed freely rotatably within the camera carrier device. The drive system consists of at least one bimetal spiral spring which is constructed in the form of a spiral. This bimetal spiral spring is coupled at one end to the freely rotatable camera housing, while the other end is coupled to the carrier device. When heated or warmed, this bimetal spiral spring generates a torque to cause the camera to rotate. This warming or heating is generated by energizing the bimetal spiral spring, which is connected to power lines for this purpose. An evaluation unit or control unit is also coupled to the bimetal spiral spring, which energizes the bimetal spiral spring and thereby warms or heats it. Several bimetal spiral springs are installed so that the camera can rotate around different axes.
Vorteile der Erfindung sind:
- - die Kamera dreht sich innerhalb des Träger-Geräts (also z.B. keine Schwenkung eines Smartphone notwendig um ein Zielobjekt, das etwas links oder rechts beim Fotografieren liegt),
- - macht recht fließende Bewegungen,
- - lautlos in der Bewegung
- - bringt kaum Zusatz-Gewicht mit,
- - extrem gut für kleine Geräte, vorzugsweise Smartphone / Mobiltelefone geeignet,
- - keine Verschleißteile, daher sehr langlebig,
- - eine recht flotte Änderung der Drehrichtung der Kamera möglich,
- - optimale Verwendung auch auf sich bewegenden / fliegende Träger-Geräte, wie Fahrzeuge, Hubschrauber, Raketen, Drohnen, Tablett-PC-s,
- - optimal für Video-Überwachungs-Geräte,
- - optimal auch für Film- / TV-Studio-Zwecke
- - Verfolgung eines beweglichen Objektes
- - günstiges System in der Herstellung und einfache Vorrichtung.
- - the camera rotates within the carrier device (so, for example, no need to swivel a smartphone around a target object that is slightly to the left or right when taking a photo),
- - makes quite fluid movements,
- - silent in movement
- - hardly adds any additional weight,
- - extremely suitable for small devices, preferably smartphones / mobile phones,
- - no wearing parts, therefore very durable,
- - a fairly quick change of the rotation direction of the camera is possible,
- - optimal use also on moving / flying carrier devices, such as vehicles, helicopters, rockets, drones, tablet PCs,
- - ideal for video surveillance devices,
- - also ideal for film / TV studio purposes
- - Tracking a moving object
- - inexpensive system to manufacture and simple device.
Die Erfindung ist ein Antriebssystem für die Kamera oder vielmehr für den Bildsensor und seine optischen Begleitelemente, das in der Lage ist, ein zu fotografierendes Ziel zu verfolgen, eine Videoaufnahme von einem beweglichen Objekt oder Person zu machen, beziehungsweise eine automatische Rotation des Bildsensoren und seiner Optik-Elemente zu erreichen, um Bilder oder Videoaufnahmen von hinten und / oder von vorne (mit nur einem Bildsensor zu realisieren). Ein extrem kleines bewegliches Kamera-System, dass auch in einem kleinen Kamera-Träger-Gerät, insbesondere in einem Mobil-Telefon (Smartphone), Tablett-PC, Webcam, Armbanduhr etc. integrierbar ist, das in der Lage ist, ähnlich wie das Auge eines Menschen oder sogar schneller sich zu bewegen und innerhalb vorhandenen Parametern das Blickfeld dynamisch zu erfassen. Das Antriebssystem ist recht flott, lautlos und kann innerhalb des Kamera-Träger-Geräts die Kamera dynamisch und schnell bewegen, drehen oder auch rotieren, sodass Bildaufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln und auch aus der Rückseite und Vorderseite des Träger-Geräts möglich sind.The invention is a drive system for the camera, or rather for the image sensor and its accompanying optical elements, which is able to track a target to be photographed, to make a video recording of a moving object or person, or to achieve an automatic rotation of the image sensor and its optical elements in order to realize images or video recordings from behind and/or from the front (with only one image sensor). An extremely small movable camera system that can also be integrated into a small camera carrier device, in particular in a mobile phone (smartphone), tablet PC, webcam, wristwatch, etc., which is able to move similarly to the eye of a person or even faster and to dynamically capture the field of view within existing parameters. The drive system is quite fast, silent and can move, turn or rotate the camera dynamically and quickly within the camera carrier device, so that images can be taken from different angles and also from the back and front of the carrier device.
Nebenbei kann die Erfindung so konzipiert werden, dass sie in der Lage ist auch automatisch erkennen zu können, ob der Bildsensor und seine Optik-Elemente innerhalb des Träger-Geräts nach vorne oder nach hinten gerichtet werden sollte.In addition, the invention can be designed in such a way that it is also able to automatically detect whether the image sensor and its optical elements should be directed forwards or backwards within the carrier device.
Ausführungsbeispiele werden anhand der
-
1 eine Variante, wobei die Kugel-Kamera einfach an Bimetall-Spiralfedern befestigt ist, -
2 zeigt eine Variante, die eine Kardanaufhängung aufweist. -
3 eine Variante mit mehrere Bimetall-Spiralfedern, -
4 zeigt eine Variante, wobei nicht nur der Bildsensor, sondern auch eine Art Beleuchtung, die das Blickfeld des Sensors beleuchtet, bewegbar eingebaut ist. -
5 eine vereinfachte Teil-Kardanaufhängung, mit nur zwei Achsen -
6 ist eine Variante mit Bimetall-Elementen, in Form von Bändern oder Streifen -
7 eine spezielle Variante mit einem aus elektroaktiven Kunststoff gebauten Licht-Fenster, -
8 eine 3D-Kamera -
9 eine leicht herausfahrbare Kamera -
10 zeigt eine Variante, die mit einem Schallquellen-Erfassungs-System ausgestattet ist. -
11 einen konkaven Bildsensor, -
12 eine Variante, wobei das Stoppen der Kugel-Kamera in einer bestimmten Position über einen elektromagnetisch herausfahrbaren Stift erfolgt, -
13 eine Variante, die in einem Smartphone eingebaut ist, wobei die Kugel-Kamera zusätzlich in der optischen Achse rotierbar ist. -
14 (a, b, c, d) einige Einsatz-Beispiele der Erfindung, -
15 ein Smartphone, bei dem die Kugel-Kamera am Rand oder am Eck eingebaut ist, -
16 eine Variante, wobei feine und sehr kleine Heizspiralen (Heizwendel) die Bimetall-Elemente erwärmen, -
17 die Heizwendel oder Glühwendel, die mit je einer Diode ausgestattet sind.
-
1 a variant where the ball camera is simply attached to bimetal spiral springs, -
2 shows a variant that has a cardan suspension. -
3 a variant with several bimetal spiral springs, -
4 shows a variant in which not only the image sensor, but also a type of lighting that illuminates the field of view of the sensor is installed in a movable manner. -
5 a simplified partial cardan suspension, with only two axles -
6 is a variant with bimetallic elements, in the form of bands or strips -
7 a special variant with a light window made of electroactive plastic, -
8th a 3D camera -
9 an easily extendable camera -
10 shows a variant that is equipped with a sound source detection system. -
11 a concave image sensor, -
12 a variant in which the ball camera is stopped in a certain position by an electromagnetically extendable pin, -
13 a variant that is built into a smartphone, whereby the spherical camera can also be rotated in the optical axis. -
14 (a, b, c, d) some examples of the invention, -
15 a smartphone with a spherical camera built into the edge or corner, -
16 a variant in which fine and very small heating coils (heating coils) heat the bimetal elements, -
17 the heating coil or filament, each of which is equipped with a diode.
Dabei zeigen die
Der Kamera-Sensor 1 und seine optischen Begleitelemente 2 sind vorzugsweise in einem kleinen kugelförmigen Gehäuse 3 angebracht (ab hier wird das Gehäuse Kugel-Kamera genannt), das in einem Hohlsphären-Gehäuse 4 (ab jetzt wird diese nur Hohlsphäre genannt), das nur bisschen grösser als die Kugel-Kamera ist, angebracht ist. Die Kugel-Kamera kann einfach lose und frei drehbar in der Hohlsphäre platziert werden, wobei eine oder mehrere Bimetall-Spiralfedern 5 mit der Kugel-Kamera an einem Ende und mit der Hohlsphäre am anderen Ende verbunden sind (
Speziell eine Kamera in einem Tablett-PC, I-PAD, I-Phone, Smartphone oder anderes Mobil-Telefon, kann so eingebaut werden, dass sie im Gehäuse nach hinten oder nach vorne elektrisch drehbar ist und sowohl für Rückaufnahmen als auch für Frontaufnahmen geeignet ist. Auch in einem Mobiltelefon wird die Kamera vorzugsweise in Form einer Kugel gebaut und in eine Hohlsphäre platziert, ähnlich wie sich das menschliche Auge in seinem Hohlraum befindet, wobei die Hohlsphäre durchsichtig ist oder zumindest in einem Teil ein Fenster aufweist, durch die die Kugel-Kamera das Licht von derSpecifically, a camera in a tablet PC, I-PAD, I-Phone, smartphone or other mobile phone can be installed in such a way that it can be electrically rotated backwards or forwards in the housing and is suitable for both rear and front shots. In a mobile phone, the camera is also preferably built in the form of a ball and placed in a hollow sphere, similar to the human eye in its hollow space, whereby the hollow sphere is transparent or at least has a window in one part through which the ball camera can receive the light from the
Umgebung bekommt. Die Kugel-Kamera ist komplett mit Bildsensor 1, Elektronik-Bauteile und begleitende Optik-Elemente 2 (z.B. Linsen, Mini-Prismas, etc.) ausgestattet. Die Kugel-Kamera 3 wird nicht wie herkömmlich durch Getriebe oder Elektromotoren gedreht (auch nicht manuell durch Berührung), sondern durch einen oder mehrere Bimetall-Spiralfedern 5 oder Bimetall-Streifen 33 elektrisch gesteuert in gezielte Richtung gedreht oder geschwenkt. Die Schwenkung, bzw. die Drehung kann in einer oder mehreren Achsen 7 erfolgen. Multi-Achsendrehung kann durch eine Kardan-Aufhängung 8 realisiert werden, falls die Kugel-Kamera 3 die Hohlsphären-Wand nicht berühren soll (
Durch die Software (hauptsächlich über die des Träger-Geräts) unterstützt, kann das zu fotografierende Ziel dadurch erfasst und verfolgt werden, wenn es sich nicht allzu schnell bewegt, wobei es stets nahezu mittig auf dem Videoaufnahme Bilder bleibt, auch bei Einzel-Bildaufnahmen. Sogenannte Face Tracking kann damit realisiert werden, weil die Kamera das Gesicht einer bewegenden Person durch ihre Drehung verfolgen könnte und das Gesicht stets in die Mitte der aufgenommenen Bilder platzieren. Der Versuch des zu fotografierenden Objekts aus der Mittigen Bereich des Bildsensor-Erfassungs-Winkels sich fortzubewegen, wird durch Schwenkung der Kugel-Kamera voll kompensiert, bis das Ende des gesamten Blickfeldbereichs erreicht ist. Das geht ähnlich, so wie ein Mensch mit seinen Augen ein bewegendes Objekt verfolgt, ohne sich dabei den Kopf zu drehen. Die Kugel-Kamera kann auch komplett nach hinten gedreht werden, wobei eine zusätzliche Rückkamera entfallen würde (insbesondere interessant für Mobiltelefone).Supported by the software (mainly that of the carrier device), the target to be photographed can be detected and tracked if it is not moving too quickly, while always remaining almost in the center of the video recording images, even when taking single images. So-called face tracking can be achieved in this way, because the camera can track the face of a moving person by turning them and always place the face in the center of the recorded images. The attempt of the object to be photographed to move away from the center of the image sensor's detection angle is fully compensated by swiveling the ball camera until the end of the entire field of view is reached. This works in a similar way to how a person follows a moving object with their eyes without turning their head. The ball camera can also be rotated completely backwards, which would eliminate the need for an additional rear camera (particularly interesting for mobile phones).
Die Kamera aus der Erfindung hier hat deutlichen Vorteilen gegenüber der Stand der Technik. Diese Kamera wird innerhalb des Träger-Geräts über Bimetall-Spiralfeder oder Bimetall-Streifen gedreht, wobei die Drehung relativ schnell und lautlos erfolgt. Die Kamera hier wird nicht nur hin und her gedreht, sondern auch eine Zielverfolgung realisiert (eine automatische Zielverfolgung kann damit problemlos realisiert werden). Weil hier nicht das ganze Kamera-Träger-Gehäuse 11 sich dreht, sondern nur das Teil, bzw. das kompakte extra Gehäuse 3 in dem der Bildsensor 1 und seine Optik 2 sich befinden, ist eine relativ schnelle Schwenkung möglich. Die Kugel-Kamera 3 würde hier wie ein Auge eines Menschen hin und her schauen.The camera from the invention here has clear advantages over the prior art. This camera is rotated within the carrier device via a bimetal spiral spring or bimetal strip, whereby the rotation takes place relatively quickly and silently. The camera here is not only rotated back and forth, but also target tracking is carried out (automatic target tracking can thus be carried out without any problems). Because not the entire
Für die Drehung der Kugel-Kamera werden die von Bimetall-Spiralen durch Erwärmung erzeugten differenzierten Ausdehnungen, die in Drehmoment umgewandelt werden, angewendet. Natürlich findet hier keine 360° Drehung statt, die kontinuierlich anhält, wie bei einem Elektromotor, sondern vielmehr sind diese leichte Schwenkbewegungen. Die Bimetall-Spiralfedern bestehen aus mindestens zwei Metalle oder Legierungen, die verschiedene Dehn-Fähigkeiten bei bestimmten Temperaturen aufweisen. Das Phänomen ist schon längst bekannt und wurde früher bei mechanischen Thermometern eingesetzt. Die waren mit einer Bimetall-Spiral-Feder ausgestattet, die bei Temperaturschwankungen sich gedreht hat und somit wurde die Temperatur ermittelt. Die Drehung erfolgt, wie bereits bekannt, durch den unterschiedlichen Dehnkoeffizienten von den zwei Metallschichten, aus denen die Spiralfeder besteht. Weil dort eingesetzte Bimetall-Spiralfeder ziemlich dick war, hat es ein bisschen länger gedauert, auch bei schnellen Temperaturunterschieden, bis der richtige Wert angezeigt wurde, weil die Bimetall-Feder etwas träge wirkt, bzw. erstmal erwärmt (oder abgekühlt) werden muss. Das gleiche Prinzip wird hier auch für die Drehung der Kamera eines Smartphones oder eines anderen Kamera-Träger-Geräts eingesetzt. Hier kann man mehrere Bimetall-Spiralfedern einsetzen, die die Kugel-Kamera in jede Richtung drehen können. Zudem kann man pro Drehachse zwei Bimetall-Spiralfedern einsetzen, die gegenseitige Drehmomente erzeugen. Außerdem es wird nicht gewartet bis Umgebungs-Temperaturunterschiede entstehen, sondern die Bimetall-Spiralfedern werden gezielt unter Strom gesetzt und aktiv damit erwärmt. Der innere Strom-Widerstand der Bimetall-Spiralfeder wird für die Erwärmung benutzt. Man kann zusätzlich eine feine Heizspirale/Wedel 12 wie bei Glühbirnen einbauen, die die Bimetall-Spiralfeder berührt und diese bei Aktivierung erwärmt, ist aber nicht unbedingt notwendig. Eine Drehung der Kugel-Kamera in zwei Achsen wäre voll ausreichend und würde dafür lediglich zwei oder vier Bimetall-Spiralfeder benötigen. Eine vereinfachte Teil-Kardanaufhängung 13, mit nur zwei Achsen kann sehr gut dafür geeignet sein. Diese Aufhängung 13 besteht, wie auf dem Bild 5 dargestellt, aus lediglich einem viertel Kreis langen Arm 14, der an beiden Enden mit je einem Drehgelenk 15 ausgestattet ist. An einem Drehgelenk ist die Kugel-Kamera befestigt und am anderen ist die Hohlsphäre gekoppelt. An den Drehgelenken ist je eine Bimetall-Spiralfeder eingebaut, die eine Drehung des am Gelenk angebrachten Körpers bei Stromfluss bewirken kann. Der Stromfluss ist für jede Spiralfeder separat durch separate flexible Leitungen gewährleistet.The ball camera is rotated using the differentiated expansions generated by bimetal spirals when heated, which are converted into torque. Of course, there is no 360° rotation that lasts continuously, as with an electric motor, but rather slight swivel movements. The bimetal spiral springs consist of at least two metals or alloys that have different expansion capabilities at certain temperatures. The phenomenon has been known for a long time and was previously used in mechanical thermometers. These were equipped with a bimetal spiral spring that rotated when the temperature fluctuated and this was how the temperature was determined. The rotation occurs, as is already known, through the different expansion coefficients of the two metal layers that make up the spiral spring. Because the bimetal spiral spring used there was quite thick, it took a little longer, even with rapid temperature changes, until the correct value was displayed, because the Bimetal spring seems a bit sluggish, or needs to be warmed up (or cooled down) first. The same principle is used here for rotating the camera of a smartphone or other camera-carrying device. Here, you can use several bimetal spiral springs that can rotate the ball camera in any direction. In addition, you can use two bimetal spiral springs per rotation axis, which generate mutual torques. In addition, you do not wait until ambient temperature differences arise, but the bimetal spiral springs are specifically energized and actively heated. The internal current resistance of the bimetal spiral spring is used for heating. You can also install a fine heating coil/
Die beiden gegeneinander arbeitenden Bimetall-Spiralfedern 5, die an dieselbe Drehachse eingebaut sind, können an beiden Enden miteinander elektrisch verbunden werden, wobei einfach mit je eine Halbleiter-Diode gekoppelt werden, die in Gegen-Strom-Leitrichtung mit Bimetall-Spiralfedern elektrisch verbunden sind. Der Strom, der auf beiden Spiralfedern gleichzeitig fließen sollte, wird durch die Halbleiterdioden selektiert und je nach Stromfluss-Richtung auf eine oder die andere Bimetall-Spiralfeder selektiert werden. Um die Erwärmung von nur einer davon zu erzielen, ist je eine kleine Halbleiterdiode eingebaut, die zu der Halbleiterdiode der anderen Bimetall-Spirale entgegen gerichtet ist, wobei die Erwärmung der einzelnen Bimetall-Spiralfeder durch Strom-Fluss-Umpolung erzielbar ist. In dem Fall, z.B. der Stromfluss von A nach B, würde über die Spiralfeder 5A fließen und dann über die Halbleiterdiode 16A auf das Gegenpol. Wenn der Stromfluss von B nach A fliesst, dann über die Spiralfeder 5B und über Halbleiterdiode 16B auf das Gegenpol. Weil die Bimetall-Spiralfedern einen größeren Stromwiderstand als die Halbleiterdiode in Stromflussrichtung haben, fließt kaum Strom über die zweite Spiralfeder, die durch die Halbleiterdiode kurzgeschlossen wird, sondern über diese. Für die Schwenkung in die Senkrechte Achse 7A wird die Bimetall-Spiralfeder 5A aktiviert. Um eine Schwenkung in die waagerechte Achse 7B zu realisieren, wird die Bimetall-Spiralfeder 5B unter Strom gesetzt und dadurch erwärmt.The two bimetallic spiral springs 5 that work against each other and are installed on the same axis of rotation can be electrically connected to each other at both ends, whereby they are simply coupled to a semiconductor diode each, which is electrically connected to bimetallic spiral springs in the opposite direction of current conduction. The current that should flow on both spiral springs at the same time is selected by the semiconductor diodes and, depending on the direction of current flow, is selected to one or the other bimetallic spiral spring. In order to heat up just one of them, a small semiconductor diode is installed, which is directed in the opposite direction to the semiconductor diode of the other bimetallic spiral, whereby the heating of the individual bimetallic spiral spring can be achieved by reversing the current flow polarity. In this case, for example, the current flow from A to B would flow via the spiral spring 5A and then via the semiconductor diode 16A to the opposite pole. When the current flows from B to A, it flows via the spiral spring 5B and via the semiconductor diode 16B to the opposite pole. Because the bimetallic spiral springs have a greater current resistance than the semiconductor diode in the direction of current flow, hardly any current flows via the second spiral spring, which is short-circuited by the semiconductor diode, but rather via the latter. The bimetallic spiral spring 5A is activated for the pivoting in the vertical axis 7A. In order to pivot in the horizontal axis 7B, the bimetallic spiral spring 5B is energized and thus heated.
Der Einbau von vier Bimetall-Spiralfedern (paarweise und in Entgegengesetzte Drehrichtung eingebaut) ermöglicht eine präzisere Drehung der Kugel-Kamera.The installation of four bimetallic spiral springs (installed in pairs and in opposite directions of rotation) enables more precise rotation of the ball camera.
Weil die Kugel-Kamera innerhalb der Hohlsphäre drehbar ist, kann diese sowohl als Rückkamera als auch Frontkamera benutzt werden. Selbstverständlich dreht sich die Kugel-Kamera dabei nicht unkontrolliert, sondern diese wird sehr genau über die Steuerung der Bimetall-Spiralen auf gewünschtes Blickfeld positioniert. Das Anhalten in der gewünschten Position kann durch Aufrechterhaltung der Temperatur der aktiven Bimetall-Spiralfeder und eventuell durch kurzzeitige Aktivierung der entgegengesetzten Bimetall-Spiralfeder erfolgen. Die Hohlsphäre kann komplett durchsichtig gebaut werden, oder sie kann an bestimmte Stellen mit großen Lichtfenstern 17 ausgestattet, durch denen das Licht von den Bildmotiven, bzw. Umgebung in die Kamera-Kugel ankommt und dessen Sensor auch erreicht. Kleine zusätzliche Optik-Elemente (Linsen) können eine leichte Bildverzerrung, die durch die sphärenförmigen Fenster entsteht, erfolgreich korrigieren. Die Kamera kann auch mehr oder weniger aus dem Träger-Gerät herausgefahren werden, um den Blickwinkel zu vergrößern. In dem Fall wäre eine weitere Bimetall-Spirale oder Bimetall-Streifen notwendig, die die Hohlsphäre oder einen Hohlzylinder in der die Kugel-Kamera angebracht wäre, aus dem Träger-Gerät mehr oder weniger herauszufahren.Because the spherical camera can rotate within the hollow sphere, it can be used as both a rear camera and a front camera. Of course, the spherical camera does not rotate uncontrollably, but is positioned very precisely in the desired field of view by controlling the bimetal spirals. Stopping in the desired position can be achieved by maintaining the temperature of the active bimetal spiral spring and possibly by briefly activating the opposite bimetal spiral spring. The hollow sphere can be built completely transparent, or it can be equipped with large
Die Leiter-Verbindungen zwischen der Bimetall-Spiralfeder / -Streifen, sowie beweglichen Kugel-Kamera 3 und einer Signalverarbeitungseinheit 34, die außerhalb der gekapselten Sphäre sich befindet, sind etwas längere, flexible Leitungen 9, die die Bewegungen der Kugel-Kamera nicht weiter behindern. Diese Leiter oder Mikro-Kabel müssen sehr viele Schwenkungen aushalten und dabei stets eine einwandfreie Signalübertragung ermöglichen. Verflechte Mikro-Kabel, wie man aus den Lautsprecher-Membranen kennt, können dabei sehr viele Schwingungen aushalten. Obwohl hier die Kugel-Kamera nicht nur in Schwingungen versetzt, sondern auch hin und her gedreht wird, können solche Kabel bei täglichen Belastungen einige Jahre aushalten. Man kann theoretisch auch die Bimetall-Spiralfeder für den Strom-Signal-Transport benutzen. Wie beschrieben, kann die Kugel-Kamera einfach lose in die Hohlsphäre ohne jegliche Lager eingebaut werden. Optimal und etwas teurer wäre eine Kardanaufhängung (es reicht dabei eine stark vereinfachte Kardanaufhängung, mit nur einem kleinen Arm, wie in der
Bei Verwendung von Kardanaufhängung 8, oder bei Varianten, wobei die Kugel-Kamera einfach in die Hohlsphäre lose steckt, sind keine Weiter-Schwingungen zu erwarten, sobald die gewünschte Positionierung erreicht ist und die aktiven Bimetall-Spiralfeder gleichmäßig mit Strom versorgt werden. Weil die Kamera auch um die optische Achse sich drehen kann, ist das Fotografieren bzw. Erzeugung von perfekten Bildern auch bei Schräghaltung des Träger-Geräts möglich. Das Bild wäre stets perfekt gerade, egal wie schräg man die Kamera hält. Über die Steuereinheit und natürlich Software-Unterstützung des Träger-Geräts kann für Videoaufnahmen automatisch der Kamera-Bildsensor so gedreht werden, dass Breitbild-Aufnahmen erfolgen. Bei Einzelbildaufnahme kann wenn gewünscht eine vertikale Ausrichtung der Fotoaufnahmen erfolgen.When using
In die
Bei einer Variante, die in der
Die drehbare Kugel-Kamera kann mit einer Rück-Stellfeder 20 oder einem Ruhe-Position-Dauermagnet 21, der einen Ferromagnet-Bereich oder Ferromagnet-Körper 22 (vorzugsweise Eisen oder Nickel) in einer Ruhe-Position anzieht, ausgestattet werden. Die Rück-Stell-Feder oder der Ruhe-Position-Dauermagnet sorgen dafür, dass bei Abschaltung der aktiven Drehung der Kugel-Kamera, eine bestimmte Rückstellkraft die Kugel-Kamera bis zu einer bestimmten Position dreht. Ein anderer Dauermagnet, der in die Hohlsphärenwand eingebaut ist, zieht den Ferromagnet-Körper oder den anderen Dauermagneten an, der in die Kugel-Kamera eingebaut ist.The rotating ball camera can be equipped with a
Die elektrische und Signalübertragung von dem Sensor auf die Auswerte Einheit erfolgt durch sehr dünne und extrem flexible Leitung 9, die idealerweise wie eine Feder geformt ist. Die feinen Signalleitungen sind ineinander verflochten, ähnlich wie die Leitungen einer magnetischen Spule in einem Lautsprecher Membran. Diese Methode hat sie sehr lange bewährt, um die Leitungen vor Schäden aufzubewahren. Es ist bekannt dass die Lautsprechermembran während ihr gesamtes „Leben“ eine sehr hohe Anzahl von Schwingungen absolviert (mehrere hunderte Milliarden!!), wobei die Stromleitungen zwischen dem Gehäuse und der Lautsprecherspule unzählige Bewegungen und Schwingungen mitmachen, auch nach Jahren intakt bleiben. Die gleiche Technik könnte auch hier verwendet werden. Das würde eine langlebige einwandfreie Signal- und Stromübertragung zwischen dem Bildsensor und dem Träger-Gerät (z.B. einem Smartphone) trotz der Bewegung des Bildsensors gewährleisten. Wenn man eine längere Leitung verwendet, die fein verflochten ist, und die auch mehr oder weniger wie eine Feder spiralförmig geformt ist, kann eine nahezu vollständige Drehung des Bildsensoren und seiner optischen Elementen ermöglichen. Der Innendurchmesser der Hohlsphäre ist nur wenig größer als die Kugel, in der der Bildsensor und seine Begleitelemente eingebaut sind. Durch die Erzeugung von Drehmomenten über die Bimetall-Spiralfeder, kann man eine beliebige Drehung der Kugel-Kamera erreichen.The electrical and signal transmission from the sensor to the evaluation unit takes place via a very thin and extremely flexible cable 9, which is ideally shaped like a spring. The fine signal lines are intertwined, similar to the lines of a magnetic coil in a loudspeaker membrane. This method has proven to be very effective for protecting the lines from damage. It is known that the loudspeaker membrane undergoes a very high number of vibrations during its entire "life" (several hundred billion!!), with the power lines between the housing and the loudspeaker coil undergoing countless movements and vibrations, remaining intact even after years. The same technology could be used here too. This would ensure long-lasting, flawless signal and power transmission between the image sensor and the carrier device (e.g. a smartphone) despite the movement of the image sensor. If you use a longer cable that is finely intertwined and that is also shaped more or less like a spring in a spiral, you can enable almost complete rotation of the image sensor and its optical elements. The inner diameter of the hollow sphere is only slightly larger than the sphere in which the image sensor and its accompanying elements are installed. By generating torque via the bimetallic spiral spring, any rotation of the sphere camera can be achieved.
Ebenso die Beleuchtungselemente 23, egal ob diese im Spektrum des sichtbaren Lichts oder im Infrarot-Bereich Strahlung emittieren, können mit der Kamera mit bewegt werden. Das ermöglicht eine optimale Beleuchtung, dass die Bewegung des Blickfeldes der Kugel-Kamera verfolgt. Auch ein Blitzlicht, vorzugsweise eine starke Leuchtdiode in die Kamera-Kugel eingebaut, kann dafür verwendet werden (
In die
Man kann die Kugel-Kamera in eine Voll-Kardan-Aufhängung 8 (Drei-Achsendrehfreiheit) oder Teil-Kardanaufhängung 13 mit nur zwei Drehachsen, anbringen, wobei die Drehachsen mit Bimetall-Feder gekoppelt sind (
Für eine 3D-Bilderfassung sind zwei solche Kameras und Systeme notwendig, die am besten in einem Abstand von aneinander gebaut sind (
Bei alle Varianten, wird die Kamera wird wie ein Auge eines Menschen in einer Hohlsphäre eingebaut werden und auch mit einem Verfolgungs-Mechanismus ausgestattet werden, die über eine Software gesteuert wird, die erfasste Person oder Gesicht dann automatisch verfolgt.In all variants, the camera will be installed like a human eye in a hollow sphere and will also be equipped with a tracking mechanism that is controlled by software that then automatically tracks the detected person or face.
Die Kamera kann so konzipiert werden, dass sie leicht aus dem Mobiltelefon oder Tablett-PC elektromagnetisch oder elektrisch angehoben wird, sodass sie ein bisschen herausschaut wenn das Gerät irgendwo liegen bleibt (
Die
Die Verfolgung von beweglichen Objekten kann durch die Software des Träger-Geräts unterstützt werden. Auf dem Kontrollbildschirm des Träger-Geräts kann man per Finger-Touch ein Objekt markieren und das würde dann die Kamera automatisch stets verfolgen, egal wie es sich bewegt oder wie das Kamera-Träger-Gerät gehalten wird. Allerdings die Hauptaufgabe erledigt das Antriebs-System, das die Drehung des Bildsensors ermöglicht.Tracking moving objects can be supported by the carrier device's software. On the carrier device's control screen, you can mark an object with your finger touch and the camera would then automatically track it, regardless of how it moves or how the camera carrier device is held. However, the main task is performed by the drive system, which enables the rotation of the image sensor.
Bei Bildaufnahmen oder Videoaufnahmen mit herkömmlichen Mobiltelefone (Smartphone), merkt man, dass die Objekte, die sich am Rande befinden, oft leicht verzerrt sind. Das kommt davon, weil der Bildsensor flach gebaut ist und die Optik-Korrektur-Elemente, die das Problem beheben könnten, kaum Platz in einem Smartphone finden. Der Bildsensor sollte nicht unbedingt flach sein, sondern er kann leicht konkav gebaut werden, um die Retina des menschlichen Auges besser nachzuahmen. In dem Fall wären auch kaum mehr Verzerrungen des Bildmotivs wahrnehmbar (
Auf der
Die Kugel-Kamera muss nicht unbedingt komplett drehen, sondern es reicht für viele Anwendungen, nur eine leichte Schwenkung in zwei Achsen (zweidimensionale Bewegung - hoch, runter, rechts, links und damit auch jede beliebige Kombination zwischen diese vier Richtungen), die auf viele Wege erreicht werden kann. Wie ein Auge, wurden sie das Objekt verfolgen und damit scharfe Fotos immer schießen auch wenn Objekte sich bewegen würden. Baut man zwei solche Kugel-Kameras auf einem Träger-Gerät (z.B. Smartphone, Laptop, Tablett-PC, Webcam etc.) in einem kleinen Abstand voneinander, kann man Stereo-Bilder oder 3D-Aufnahmen erzielen.The ball camera does not necessarily have to rotate completely, but for many applications it is sufficient to just pan slightly in two axes (two-dimensional movement - up, down, right, left and therefore any combination between these four directions), which can be achieved in many ways. Like an eye, they would follow the object and thus always take sharp photos even if objects were moving. If you build two such ball cameras on a carrier device (e.g. smartphone, laptop, tablet PC, webcam etc.) a short distance from each other, you can achieve stereo images or 3D recordings.
Die
Auf der
Die
Wie in der
BEZUGSZEICHENLISTE:LIST OF REFERENCE SYMBOLS:
- 11
- Kamera-Sensor / BildsensorCamera sensor / image sensor
- 22
- optische Begleitelementeaccompanying optical elements
- 33
- kugelförmigen Gehäuse / Kugel-Kameraspherical housing / spherical camera
- 44
- Hohlsphären-GehäuseHollow sphere housing
- 55
- Bimetall-SpiralfederBimetal spiral spring
- 66
- Steuerungsteering
- 77
- Achseaxis
- 88th
- Kardan-AufhängungCardan suspension
- 99
- flexible Leitungflexible cable
- 1010
- Strom-Leitungen Stromleitung für Bimetall-SpiralfederPower cables Power cable for bimetal spiral spring
- 1111
- Kamera-Träger-GehäuseCamera carrier housing
- 1212
- Heizspirale / WedelHeating coil / fan
- 1313
- vereinfachte Kardanaufhängung mit nur zwei Achsensimplified cardan suspension with only two axles
- 1414
- Arm (Aufhängungs-Teil)Arm (suspension part)
- 1515
- DrehgelenkSwivel joint
- 1616
- Halbleiterdiode (auch 16A und 16B)Semiconductor diode (also 16A and 16B)
- 1717
- LichtfensterLight window
- 1818
- Elektroaktiver KunststoffElectroactive plastic
- 1919
- KuppeHilltop
- 2020
- Rück-StellfederReturn spring
- 2121
- Ruhe-Position-DauermagnetRest position permanent magnet
- 2222
- Ferromagnet-Bereich oder Ferromagnet-KörperFerromagnetic area or ferromagnetic body
- 2323
- Beleuchtungselemente / Laserdioden / LeuchtdiodenLighting elements / laser diodes / light-emitting diodes
- 2424
- HohlzylinderHollow cylinder
- 2525
- ferromagnetischer Ringferromagnetic ring
- 2626
- ElektromagnetspuleElectromagnetic coil
- 2727
- DauermagnetringPermanent magnet ring
- 2828
- Stereo-MikrofonStereo microphone
- 2929
- Schall-QuelleSound source
- 3030
- Konkav-BildsensorenConcave image sensors
- 3131
- StiftPen
- 3232
- Elektromagnetspule für den StiftElectromagnetic coil for the pen
- 3333
- Bimetall-Elemente in Form von Bändern / StreifenBimetallic elements in the form of bands / strips
- 3434
- SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
- 3535
- Gewichts-StückWeight piece
- 3636
- optische Achseoptical axis
- 3737
- Mobiltelefon / SmartphoneMobile phone / smartphone
- 3838
- Eck des MobiltelefonsCorner of the mobile phone
Claims (16)
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DE102016004674.0A DE102016004674B4 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Drive system for a camera |
Publications (2)
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---|---|
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DE102016004674B4 true DE102016004674B4 (en) | 2024-07-18 |
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DE102016004674.0A Active DE102016004674B4 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Drive system for a camera |
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