CH702245A2 - Self-leveling camera head. - Google Patents
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Abstract
Selbstnivellierender Kamerakopf (1) für die Verwendung mit einem Panoramakopf. Dieser Kamerakopf (1) weist ein Basiselement (2) und ein Trägerelement (6) auf. Zwischen dem Basiselement (2) und dem Trägerelement (6) ist eine Nivelliervorrichtung (23) angeordnet, welche elektromotorische Antriebselemente (21) und eine diese Antriebselemente (21) steuernde Steuereinheit (29) mit einem Steuerelement (22) umfasst, um das Trägerelement (6) horizontal auszurichten. Dazu ist das Steuerelement (22) als elektronisch abgreifbarer Inklinometer ausgebildet und am beweglichen Trägerelement (6) befestigt.Self-leveling camera head (1) for use with a panoramic head. This camera head (1) has a base element (2) and a carrier element (6). Between the base element (2) and the carrier element (6) a leveling device (23) is arranged, which comprises electromotive drive elements (21) and a control unit (29) controlling these drive elements (21) with a control element (22) in order to move the carrier element (11). 6) horizontally. For this purpose, the control element (22) is designed as an electronically tapped inclinometer and attached to the movable support element (6).
Description
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen für die Verwendung mit einem Panoramakopf geeigneten selbstnivellierenden Kamerakopf gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a suitable for use with a panoramic head self-leveling camera head according to the preamble of claim 1.
[0002] Kameraköpfe dienen der verstellbaren Befestigung einer Kamera an einem Stativ oder einer anderen Halterung, d.h. ermöglichen ein Verschwenken und/oder Neigen der befestigten Kamera. Derartige Kameraköpfe sind heute oft auch motorisiert und werden bei Hochstativen oder Überwachungskameras eingesetzt. Camera heads are used to adjustably attach a camera to a tripod or other mount, i. allow pivoting and / or tilting of the attached camera. Such camera heads are often also motorized and are used in high stands or surveillance cameras.
[0003] Im Folgenden soll unter einer Kamera jede Art von Stehbild- oder Laufbildkamera für Film- oder Digitalaufnahmen, insbesondere also auch digitale Kinokameras, elektronische Kameras mit Magnetbandträgern, analog oder digital speichernde Videokameras, Camcorder, FireWire-Kameras sowie alle Arten von optisch oder akustisch arbeitenden Aufnahmevorrichtungen, d.h. Kameras für den sichtbaren und unsichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere für Tages- oder Kunstlicht, Laserlicht, Infrarotlicht oder Mikrowellen. Below is under a camera any type of still or motion picture camera for film or digital recordings, especially so also digital cinema cameras, electronic cameras with magnetic tape carriers, analog or digitally storing video cameras, camcorders, FireWire cameras and all kinds of optical or acoustically operating recording devices, ie Cameras for the visible and invisible wavelength range, in particular for daylight or artificial light, laser light, infrared light or microwaves.
[0004] Panoramaköpfe finden ihre Verwendung bspw. bei photographischen Serie-Aufnahmen für die Erstellung eines Panoramabildes und dienen der präzisen Ausrichtung einer Kamera. Solche Panoramaköpfe erlauben es, die Drehachse für die Panorama-Aufnahmen - unabhängig von der jeweiligen Positionierung des Stativs, resp. dessen Stativkopfes - präzis zur Vertikalen auszurichten, wie dies bspw. in der DE-U-1 816 505, DE-19 521 710 oder EP-1 787 056 dargelegt wird. Leiderweisen derartige Kameraköpfe keine Möglichkeit auf, die Kamera in einfacher Weise zu nivellieren, d.h. horizontal zu positionieren, was für das Aufnehmen von unverzerrten Panoramabildern unerlässlich ist. Panorama heads find their use, for example, in photographic series images for the creation of a panoramic image and are used for the precise alignment of a camera. Such panoramic heads allow the axis of rotation for the panoramic shots - regardless of the respective positioning of the tripod, resp. its tripod head - precise align to the vertical, as for example, in DE-U-1 816 505, DE-19 521 710 or EP-1 787 056 is set forth. Unfortunately, such camera heads have no way to easily level the camera, i. horizontally, which is essential for capturing undistorted panoramic images.
[0005] Es ist deshalb mit der US-5 623 709 auch schon vorgeschlagen worden, das Stativ mit einer selbstnivellierenden Vorrichtung zu versehen, oder wie aus der GB-2 259 787 bekannt, einen Kamerakopf mit einer Dosenlibelle auszurüsten, oder wie in der EP-1 744 208 beschrieben, einen Panoramakopf mit einer integrierten Dosenlibelle zu versehen. Moderne Panoramaköpfe (wie sie heute bspw. von den Firmen Manfrotto und Novoflex angeboten werden) sind für die Montage unterschiedlicher Kameramodelle geeignet und mit Präzisionslagern, Mess-Skalen, Winkelbegrenzern und/oder integrierten Dosenlibellen versehen. Sie erlauben es auch die Drehachse für die Panorama-Aufnahmen in die Eintrittspupille (in der Regel in der Ebene der Aperturblende des Objektivs) einer vorgegebenen Objektiv-Anordnung (Linsensystem, Brennweite) zu legen, um Parallaxfehler der Bilder zu vermeiden. Insbesondere eignen sich diese Panoramaköpfe sowohl für einzeilige Serie-Aufnahmen zur Erstellung von Zylinderpanoramen als auch für mehrzellige Serie-Aufnahmen zur Erstellung von Kugelpanoramen. It has therefore been proposed with the US 5,623,709 already to provide the tripod with a self-leveling device, or as known from GB-2 259 787, to equip a camera head with a circular level, or as in the EP -1 744 208 described to provide a panoramic head with an integrated circular level. Modern panoramic heads (as they are offered today, for example, by the companies Manfrotto and Novoflex) are suitable for mounting different camera models and provided with precision bearings, measuring scales, angle limiters and / or integrated circular levels. They also allow the rotation axis for the panoramic images in the entrance pupil (usually in the plane of the aperture of the lens) of a given lens arrangement (lens system, focal length) to lay in order to avoid parallax error of the images. In particular, these panoramic heads are suitable both for one-line series recordings for the creation of cylinder panoramas as well as for multicellular series recordings for the production of spherical panoramas.
[0006] Leider erweisen sich all diese manuellen Vorrichtungen in der Praxis als äusserst umständlich, d.h. zeitraubend und eignen sich nicht für den professionellen Einsatz, insbesondere auch wegen der ungenügend präzisen Einstell- und Reproduzierbarkeit. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, bspw. mit der JP-5 328 195, zwischen der Kamera und dem Stativ eine selbstnivellierende Vorrichtung vorzusehen. Diese Vorrichtung, im Folgenden auch selbstniveliierender Kamerakopf genannt, analysiert ein Videosignal einer in der aufgesetzten Video-Kamera angeordneten Wasserwaage und erzeugt Steuersignale für den Antrieb von Stellmotoren. Dieses System erlaubt es eine Kamera schrittweise, d.h. in mehreren Folgeschritten automatisch auszurichten. Leider erweist sich diese Vorrichtung als unerwünscht schwer und lässt sich diese insbesondere für den professionellen Einsatz nicht universell einsetzen, d.h. diese Vorrichtung lässt sich nicht mit unterschiedlichen und/oder handelsüblichen Kameras verwenden. Ausserdem erweist sich diese Vorrichtung wegen der elektrischen Verkabelung der Kamera für die Verwendung mit einem Panoramakopf als ungeeignet und erlaubt keine reproduzierbare räumliche Ausrichtung der Kamera. Die Verwendung einer Wasserwaage führt leider nicht zu raschen und genügend präzisen Einstellungen. Unfortunately, all these manual devices prove to be extremely cumbersome in practice, i. E. time-consuming and are not suitable for professional use, especially because of the insufficiently precise setting and reproducibility. It has therefore already been proposed, for example, with JP-5 328 195, to provide a self-leveling device between the camera and the tripod. This device, also called a self-leveling camera head below, analyzes a video signal of a spirit level arranged in the mounted video camera and generates control signals for the drive of servomotors. This system allows a camera to be incrementally, i. Automatically align in several subsequent steps. Unfortunately, this device proves to be undesirably heavy and can not be used universally, in particular for professional use, i. This device can not be used with different and / or commercially available cameras. In addition, this device proves to be unsuitable for use with a panoramic head because of the electrical wiring of the camera and does not allow reproducible spatial orientation of the camera. Unfortunately, using a spirit level does not result in quick and accurate adjustments.
[0007] Mit der vorliegenden Erfindung sollen die Nachteile der bekannten nivellierbaren Panorama- und selbstnivellierenden Kameraköpfe überwunden werden. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung ein - für die Verwendung mit einem Panoramakopf geeigneter - selbstnivellierender Kamerakopf geschaffen werden, welcher möglichst leicht und universal, d.h. kamera-unabhängig verwendbar ist. Die automatische Ausrichtung des Kamerakopfes soll rasch, reproduzierbar und mit höchster Präzision erfolgen. With the present invention, the disadvantages of the known leveling panoramic and self-leveling camera heads to be overcome. In particular, the present invention is intended to provide a self-leveling camera head suitable for use with a panoramic head, which is as lightweight and universal, i. Can be used camera-independently. The automatic alignment of the camera head should be done quickly, reproducibly and with the highest precision.
[0008] Dies wird erfindungsgemäss mit einem selbstnivellierenden Kamerakopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere mit einem Kamerakopf, der für die Verwendung mit einem Panoramakopf geeignet ist und mit einer elektronisch steuerbaren Nivelliervorrichtung versehen ist. Dieser Kamerakopf umfasst insbesondere ein an einem Stativ befestigbares Basiselement und ein an einer beliebigen Kamera oder einem Panoramakopf befestigbares Trägerelement sowie eine zwischen dem Basiselement und dem Trägerelement angeordnete Nivelliervorrichtung, wobei die Nivelliervorrichtung mehrere elektromotorische Antriebselemente und eine Steuereinheit mit einem elektronischen Inklinometer als Steuerelement aufweist, um das Trägerelement horizontal auszurichten. Der elektronische Inklinometer ist dazu mit dem Trägerelement fest verbunden. This is achieved according to the invention with a self-leveling camera head with the features of claim 1 and in particular with a camera head, which is suitable for use with a panoramic head and is provided with an electronically controllable leveling device. This camera head comprises in particular a base element which can be fastened to a stand and a carrier element which can be fastened to any camera or panoramic head and a leveling device arranged between the base element and the carrier element, the leveling device having a plurality of electromotive drive elements and a control unit with an electronic inclinometer as control element to align the carrier element horizontally. The electronic inclinometer is firmly connected to the carrier element.
[0009] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der elektronische Inklinometer einen Beschleunigungssensor. Im Folgenden soll jedoch unter dem Begriff «elektronischer Inklinometer» jede Form von elektronisch abgreifbaren Neigungssensoren verstanden werden, bspw. Erdfeld-Magnetsensoren, Kreiselsensoren, elektrolytische, kapazitive oder konduktometrische Neigungssensoren, reflektierende oder refraktierende Flüssigkeitsspiegel, etc. In a preferred embodiment of the invention, the electronic inclinometer comprises an acceleration sensor. In the following, however, the term "electronic inclinometer" is understood to mean any form of electronically detectable inclination sensors, for example ground-field magnetic sensors, gyroscopes, electrolytic, capacitive or conductometric inclination sensors, reflecting or refracting fluid levels, etc.
[0010] Für die Nivelliervorrichtung bieten sich parallelkinematische Konstruktionen an, insbesondere also Tripoden oder Hexapoden, wie sie bspw. in der DE-10 2007 051 714 zum Nachführen von Photovoltaik-Elementen beschrieben werden. Diese Konstruktionen sind allgemein bekannt und dienen der Ausrichtung einer Plattform gegenüber einer festen Referenzebene. Parallelkinematische Konstruktionen finden ihre Anwendung bevorzugt in der Robotertechnik, weil diese aussergewöhnlich leicht und steif sind und deshalb eine äusserst rasche Arbeitsweise mit hoher Positioniergenauigkeit erlauben. Weitere Anwendungsgebiete sind bspw. aus der FR-2 757 440, der WO2007/170 039 oder der WO01/85 402 bekannt. For the leveling parallel kinematical constructions offer, in particular tripods or hexapods, as described, for example, in DE-10 2007 051 714 for tracking photovoltaic elements. These constructions are well known and serve to align a platform with a fixed reference plane. Parallel kinematic designs are preferred in robotics because they are exceptionally light and stiff and therefore allow extremely fast operation with high positioning accuracy. Further fields of application are known, for example, from FR-2 757 440, WO2007 / 170 039 or WO01 / 85 402.
[0011] In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Nivelliervorrichtung eine parallelkinematische Vorrichtung, welche zwischen einer befestigbaren Grundplatte und einer beweglichen Trägerplatte mindestens zwei elektromotorische Antriebselemente aufweist. Diese Antriebselemente können Hubspindeln umfassen und sind in Form einer parallel-kinematischen Vorrichtung angeordnet und erlauben es, die räumliche Ausrichtung der Trägerplatte gegenüber der Grundplatte in x-, y- und/oder z-Richtung rasch und präzise zu ändern, d.h. diese unabhängig von der Ausrichtung der Grundplatte horizontal auszurichten. Dazu weist die Nivelliervorrichtung eine Steuereinheit mit einem elektronischen Inklinometer als Steuerelement auf, wobei der elektronische Inklinometer mit dem Trägerelement fest verbunden ist. In a particular embodiment of the present invention, the leveling device comprises a parallel kinematic device which has at least two electromotive drive elements between a mountable base plate and a movable support plate. These drive elements may comprise lifting spindles and are arranged in the form of a parallel kinematic device and allow the spatial orientation of the support plate relative to the base plate in the x-, y- and / or z-direction to change rapidly and precisely, i. to align them horizontally regardless of the orientation of the base plate. For this purpose, the leveling device on a control unit with an electronic inclinometer as a control, wherein the electronic inclinometer is firmly connected to the support member.
[0012] Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der Unteransprüche auf. Further preferred embodiments have the features of the subclaims.
[0013] Insbesondere weist eine speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine parallelkinematische Nivelliervorrichtung mit nur zwei Antriebselemente und ein Stabilisierungselement auf. Das Stabilisierungselement umfasst eine ortsfeste Aufhängung, an welcher die Trägerplatte gelenkig befestigt ist und eine Führungsstütze, welche eine Verdrehung der Trägerplatte um die Vertikalachse, resp. um die z-Achse der ortsfesten Aufhängung verhindert. Diese Führungsstütze weist vorteihafterweise zwei einander gegenüberliegende gefederte Lagerelemente auf, welche eine schleif- oder rollkontaktsichere Verbindung zwischen der Trägerplatte und dem Stabilisierungselement gewährleisten. Die beiden Antriebselemente stützen sich einerseits an der Grundplatte gelenkig ab und sind andererseits mit der Trägerplatte gelenkig verbunden. Dabei sind die beiden Antriebselemente derart angeordnet, dass mit der Aktivierung derselben die Trägerplatte um eine x- und/oder y-Achse geneigt wird. Diese spezielle parallel-kinematische Anordnung weist also keine translatorische Freiheitsgrade und lediglich 2 rotatorische Freiheitsgrade auf, nämlich um die x- und die y-Achse, welche Achsen eine durch die Aufhängung verlaufende horizontale Ebene aufspannen. In particular, a special embodiment of the present invention, a parallel kinematic leveling device with only two drive elements and a stabilizing element. The stabilizing element comprises a stationary suspension, on which the support plate is hinged and a guide support, which is a rotation of the support plate about the vertical axis, respectively. around the z-axis of the fixed suspension prevented. Vorteihafterweise this guide support has two opposing sprung bearing elements, which ensure a sanding or rolling contact reliable connection between the support plate and the stabilizing element. The two drive elements are supported on the one hand on the base plate hinged and on the other hand hinged to the support plate. In this case, the two drive elements are arranged such that with the activation of the same, the support plate is inclined about an x and / or y-axis. This special parallel-kinematic arrangement thus has no translatory degrees of freedom and only 2 rotational degrees of freedom, namely around the x and y axes, which axes span a horizontal plane passing through the suspension.
[0014] In alternativen Ausführungsformen können die elektromotorischen Antriebselemente mit Getriebe- oder Schrittmotoren ausgerüstet sein und/oder ist das Stabilisierungselement mehrteilig aufgebaut. Es versteht sich, dass der vorliegende Kamerakopf als Basis für einen Panoramakopf verwendbar ist und in seiner Funktionsweise sogar in einen solchen Panoramakopf integriert werden kann. Die Steuereinheit (Levelling Board), welche hier vektorgeometrische Rechenoperationen, insbesondere Spiegeln und Durchrechnen von Drehmatrizen mit einer raschen Algebra für die Erzeugung von Steuersignalen für die elektromotorischen Antriebe bewerkstelligt, ist bevorzugt mit der Stromversorgung in dem Basiselement, d.h. unterhalb der Grundplatte angeordnet. In alternative embodiments, the electromotive drive elements may be equipped with gear or stepper motors and / or the stabilizing element is constructed in several parts. It is understood that the present camera head can be used as the basis for a panoramic head and in its functioning can even be integrated into such a panoramic head. The control unit (leveling board), which here vector vectoring operations, in particular mirroring and calculating Drehatrizen accomplished with a rapid algebra for the generation of control signals for the electromotive drives, is preferably with the power supply in the base element, i. arranged below the base plate.
[0015] Die Vorteile dieser Erfindung sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und insbesondere in der überraschend einfachen, d.h. leichtgewichtigen Konstruktion, in der Reproduzierbarkeit von gewählten Neigungseinstellungen und in der präzisen und raschen Arbeitsweise als auch in der Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten zu sehen. The advantages of this invention will be readily apparent to those skilled in the art, and particularly in the surprisingly simple, i. lightweight construction, in the reproducibility of selected tilt settings and in the precise and rapid operation as well as in the variety of applications.
[0016] Im Folgenden soll die Erfindung an einem Beispiel und mit Hilfe der Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigt: <tb>Fig. 1:<sep>einen selbstnivellierenden Kamerakopf bekannter Art; <tb>Fig. 2:<sep>eine schematische Ansicht eines erfindungsgemässen Kamerakopfes; <tb>Fig. 3:<sep>eine Seitenansicht einer bevorzugten Nivelliervorrichtung; <tb>Fig. 4:<sep>eine Frontansicht dieser Nivelliervorrichtung.In the following, the invention will be described by way of example and with the aid of the figures. Showing: <Tb> FIG. 1: <sep> a self-leveling camera head of known type; <Tb> FIG. 2: <sep> is a schematic view of a camera head according to the invention; <Tb> FIG. 3 is a side view of a preferred leveling device; <Tb> FIG. 4: <sep> a front view of this leveling device.
[0017] Der in Fig. 1 dargestellte Kamerakopf 1 bekannter Art ist zwischen einem Stativ 4 und einer elektronischen Kamera 5 angeordnet. Dieser Kamerakopf 1 umfasst eine in einem Basiselement 2 eingebaute Steuereinheit zur elektronischen Steuerung einer Nivelliervorrichtung 3, welche ein bewegliches Trägerelement 6 räumlich ausrichten kann. Auf das Objektiv 7 der Kamera 5 kann ein transparenter Objektivaufsatz 8 mit einer Wasserwaage aufgesetzt werden. Das elektronische Bild dieses Objektivaufsatzes 8 wird von der Kamera 5 über ein Übertragungskabel 9 an die Steuereinheit übertragen, welche dieses Bild analysiert und die Nivelliervorrichtung 3 derart steuert, dass die Kopfplatte 6 mit der Kamera 5 horizontal ausgerichtet wird. Die entsprechenden Werte werden in der Steuereinheit 2 gespeichert, um auch nach dem Entfernen des Objektivaufsatzes 5 die Kamera 4 jederzeit in der einmal bestimmten Lage zu halten. The camera head 1 of known type shown in FIG. 1 is arranged between a stand 4 and an electronic camera 5. This camera head 1 comprises a built-in base element 2 control unit for the electronic control of a leveling device 3, which can spatially align a movable support member 6. On the lens 7 of the camera 5, a transparent lens attachment 8 can be placed with a spirit level. The electronic image of this lens attachment 8 is transmitted from the camera 5 via a transmission cable 9 to the control unit, which analyzes this image and controls the leveling device 3 such that the head plate 6 is aligned horizontally with the camera 5. The corresponding values are stored in the control unit 2, in order to keep the camera 4 in the once-determined position at all times, even after the lens attachment 5 has been removed.
[0018] Aus dem in Fig. 2 beispielhaft dargestellten erfindungsgemässen Kamerakopf 1 mit Nivelliervorrichtung 23 ist ein bevorzugter Aufbau gut erkennbar. Diese Nivelliervorrichtung 23 ist in Form parallelkinematischer Vorrichtungen ausgebildet, welche ein zwischen einer Grundplatte 25 und einer Trägerplatte 26 angeordnetes Mehrbein, d.h. Tripod, Pentapod, Hexapod, etc. aufweisen. Bekannte parallelkinematische Vorrichtungen verfügen über mehrere längenverstellbare Antriebselemente 21 (Beine), welche eine Bewegung der Trägerplatte 26 in mehreren Freiheitsgraden ermöglichen. Die Verwendung einer parallelkinematischen Vorrichtung als Nivelliervorrichtung 23 in Kombination mit einem an der Trägerplatte 26, resp. Kopfplatte 27 befestigtem und elektronisch abtastbaren Inklinometer 22 gewährleistet eine schnelle und präzise Ausrichtung einer daran angebrachten Kamera. From the exemplary illustrated in Fig. 2 camera head 1 with leveling device 23, a preferred construction is clearly visible. This leveling device 23 is in the form of parallel kinematic devices which comprise a multi-leg arranged between a base plate 25 and a support plate 26, i. Tripod, pentapod, hexapod, etc. have. Known parallel kinematic devices have a plurality of length-adjustable drive elements 21 (legs), which allow a movement of the support plate 26 in several degrees of freedom. The use of a parallel kinematic device as a leveling device 23 in combination with a on the support plate 26, respectively. Head plate 27 mounted and electronically scannable inclinometer 22 ensures a fast and precise alignment of a camera mounted thereon.
[0019] Bei der in Fig. 2 dargestellten Nivelliervorrichtung 23 umfasst die parallelkinematischen Vorrichtung zwischen einer befestigbaren Grundplatte 25 und einer beweglichen Trägerplatte 26 lediglich zwei elektromotorische Antriebselemente 21 und ein Stabilisierungselement 24 mit einer Aufhängung 24 ́ und einer passiven Führungsstütze 34 ́ ́. Die Trägerplatte 26 ist dabei über die Aufhängung 24 ́ mit dem an der Grundplatte 25 fixierten Stabilisierungselement 24 beweglich verbunden. Dazu weist diese Aufhängung 24 ́ hier ein Kugelgelenk auf. Das Stabilisierungselement 24 umfasst darüber hinaus eine passive Führungsstütze 34 ́ ́, entlang welcher die Trägerplatte 26 verschoben werden kann. Die Antriebselemente 21 sind hier als Hubspindeln ausgebildet und erlauben es, die räumliche Ausrichtung der Trägerplatte 26 gegenüber der Grundplatte 25 in x- und/oder y-Richtung rasch und präzise zu ändern, d.h. insbesondere diese Trägerplatte 26 unabhängig von der Lage der Grundplatte 25 horizontal auszurichten. Dazu weist die Nivelliervorrichtung 21 eine Steuereinheit 29 mit einem elektronischen Inklinometer als Steuerelement 22 auf. Vorzugsweise ist an der Grundplatte 25 mit genügendem Abstand eine Fussplatte 28 angebracht, um ein Basiselement 2 zu bilden, an welchem ein Stativ 4 in einfacher Weise befestigt werden kann. Dieses Basiselement 2 ist geeignet, um die Steuereinheit 29 und eine allfällige Stromversorgung (nicht dargestellt) schützend aufzunehmen. In analoger Weise ist an der Trägerplatte 26 eine Kopfplatte 27 beabstandet befestigt, an welcher eine Kamera oder ein Panoramakopf angebracht werden kann. Diese Kopfplatte 27 bildet mit der Trägerplatte 26 ein bewegliches Trägerelement 6, an welchem erfindungsgemäss das Steuerelement 22 fixiert ist. Dabei ist es unerheblich, ob das Steuerelement 22 an der Trägerplatte 26, an der Kopfplatte 26 oder an deren Abstandshaltern fixiert ist. 2, the parallel kinematic device between an attachable base plate 25 and a movable support plate 26 comprises only two electromotive drive elements 21 and a stabilizing element 24 with a suspension 24 and a passive guide support 34th The support plate 26 is connected via the suspension 24 with the fixed to the base plate 25 stabilizing element 24 movable. For this purpose, this suspension 24 has a ball joint here. The stabilizing element 24 further comprises a passive guide support 34, along which the support plate 26 can be moved. The drive elements 21 are here designed as lifting spindles and allow the spatial orientation of the support plate 26 relative to the base plate 25 in the x and / or y direction to change rapidly and precisely, i. in particular, this support plate 26 regardless of the position of the base plate 25 to align horizontally. For this purpose, the leveling device 21 has a control unit 29 with an electronic inclinometer as the control element 22. Preferably, a foot plate 28 is attached to the base plate 25 at a sufficient distance to form a base element 2 to which a stand 4 can be fastened in a simple manner. This base member 2 is adapted to protect the control unit 29 and any power supply (not shown). In an analogous manner, a top plate 27 is attached to the support plate 26 at a distance, to which a camera or a panoramic head can be attached. This head plate 27 forms with the support plate 26, a movable support member 6, on which according to the invention, the control element 22 is fixed. It is irrelevant whether the control element 22 is fixed to the support plate 26, to the top plate 26 or to their spacers.
[0020] Anhand der Fig. 3 und Fig. 4 soll die Funktionsweise des erfindungsgemässen Kamerakopfes 1 verdeutlicht werden Hilfsweise wird deshalb zur Erläuterung ein Koordinatensystem (x, y, z) eingeführt, welches seinen Ursprung im Drehpunkt der Aufhängung 24 ́ haben soll. Die x- und y-Achse spannen eine horizontal liegende Ebene auf, während die z-Achse senkrecht dazu steht, d.h. in der Vertikalen liegt. Bei der in Fig. 3 dargestellten (x, z)-Ansicht weist die parallelkinematische Nivelliervorrichtung 23 ein in der (x, z) - Ebene liegendes Stabilisierungselement 34 und zwei einander gegenüber liegende Antriebselemente 21, 21 ́ auf. Dieses Stabilisierungselement 34 ist in der hier dargestellten Ausführungsform einstückig ausgebildet und umfasst eine ortsfeste Aufhängung 34 ́, an welcher die Trägerplatte 26 gelenkig befestigt ist. Eine als Führungsstütze 34 ́ ́ ausgebildete Lasche des Stabilisierungselementes 34 verhindert eine Verdrehung der Trägerplatte 26 um die Vertikalachse, resp. um die z-Achse. Diese Führungsstütze 34 ́ ́ ermöglicht zwei einander gegenüberliegenden, mit der Trägerplatte 26 fest angebrachten und vorteilhafterweise gefederten Lagerelementen 31, 31 ́ eine schleif- oder rollkontaktsichere Verbindung zwischen der bewegbaren Trägerplatte 26 und der fixierten Führungsstütze 34 ́ ́. Die beiden Antriebselemente 21, 21 ́ stützen sich einerseits an der Grundplatte gelenkig ab und sind andererseits mit der Trägerplatte 26 gelenkig verbunden. Dabei sind die beiden Antriebselemente 21, 21 ́ derart angeordnet, dass mit der Aktivierung derselben die Trägerplatte um eine x- und/oder y-Achse geneigt wird. Insbesondere wird die Trägerplatte 26 um die x-Achse verschwenkt, wenn nur eines der beider längenverstellbaren Antriebselemente 21, 21 ́ aktiviert wird. Die Trägerplatte 26 wird um die y-Achse verschwenkt, wenn beide Antriebselemente 21, 21 ́ gleichzeitig aktiviert werden. The mode of operation of the camera head 1 according to the invention will be clarified with reference to FIGS. 3 and 4. In the alternative, therefore, a coordinate system (x, y, z) is introduced for explanation, which should have its origin in the pivot point of the suspension 24. The x and y axes span a horizontal plane while the z-axis is perpendicular thereto, i. lying in the vertical. In the (x, z) view shown in FIG. 3, the parallel kinematic leveling device 23 has a stabilizing element 34 lying in the (x, z) plane and two drive elements 21, 21 lying opposite one another. This stabilizing element 34 is integrally formed in the embodiment shown here and comprises a stationary suspension 34 to which the support plate 26 is hinged. A designed as a guide support 34 tab of the stabilizing element 34 prevents rotation of the support plate 26 about the vertical axis, respectively. around the z-axis. This guide support 34 allows two opposing, with the support plate 26 fixedly mounted and advantageously sprung bearing elements 31, 31 a sand or roll contact secure connection between the movable support plate 26 and the fixed guide support 34th The two drive elements 21, 21 are supported on the one hand on the base plate from hinged and on the other hand hinged to the support plate 26. In this case, the two drive elements 21, 21 are arranged such that with the activation of the same, the support plate is inclined about an x and / or y-axis. In particular, the carrier plate 26 is pivoted about the x-axis when only one of the two length-adjustable drive elements 21, 21 is activated. The support plate 26 is pivoted about the y-axis when both drive elements 21, 21 are activated simultaneously.
[0021] Diese spezielle parallel-kinematische Anordnung weist also keine translatorische Freiheitsgrade und lediglich 2 rotatorische Freiheitsgrade auf, nämlich um die x- und die y-Achse. Damit kann die Trägerplatte 26 rasch und genau aus jeder beliebig geneigten Lage in die gewünschte horizontale Lage gebracht werden. This special parallel-kinematic arrangement thus has no translational degrees of freedom and only 2 rotational degrees of freedom, namely about the x and the y-axis. Thus, the support plate 26 can be brought quickly and accurately from any arbitrarily inclined position in the desired horizontal position.
[0022] Zur Erhöhung der Präzision dieser Niveliervorrichtung 23 sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die gelenkig abgestützten Antriebselemente 21 jeweils mit der Grundplatte 25 und/oder der Trägerplatte 26 über federelastische Elemente 35 verspannt und wird damit das von den gelenkigen Verbindungen erzeugte Spiel (clearance, internal slackness) vermieden. To increase the precision of this Niveliervorrichtung 23, the articulated drive elements 21 are braced in each case with the base plate 25 and / or the support plate 26 via resilient elements 35 in a further preferred embodiment, and thus the game generated by the articulated connections (clearance, internal slackness) avoided.
[0023] In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Steuereinheit 29 weist diese diverse Taster als weitere Steuerelemente auf, insbesondere Taster, wie sie bspw. von der Firma mec a/s in Dänemark unter dem Namen Navimec™ angeboten werden oder bei Spielkonsolen und Mobiltelefonen oft zu finden sind. Diese Taster erlauben bspw. eine besondere Kameraneigung manuell einzustellen (arrow) und festzulegen (set). In a preferred embodiment of the inventive control unit 29, this has various buttons as further controls on, in particular buttons, such as those offered by the company mec a / s in Denmark under the name Navimec ™ or in game consoles and mobile phones often are found. These buttons, for example, allow you to manually adjust (arrow) and set (set) a special camera tilt.
[0024] Eine zentrale Aufgabe der erfindungsgemässen Steuereinheit 29 übernimmt ein Levelingboard. Dieses umfasst mindestens einen Mikroprozessor für die Ausführung von vektorgeometrischen Rechenoperationen, insbesondere für das Spiegeln und Durchrechnen von Drehmatrizen, mit Hilfe einer raschen Algebra und dient der Erzeugung von schnell verarbeitbaren Eingangssignalen für die Steuerelektronik. Die Steuerelektronik umfasst mindestens auch einen Mikroprozessor für die Ausführung von einfachen mathematischen Rechenoperationen zur Erzeugung von Steuersignalen für die Steuerung der motorischen Stellantriebe, resp. der Motortreiber. Elektronische Speicherelemente dieser Steuerelektronik erlauben es auch gewollte - insbesondere manuell gewählte - und von der Horizontalen abweichende Einstellungen zu speichern und gewährleisten damit die Reproduzierbarkeit dieser Einstellungen. A central task of the control unit 29 according to the invention is carried out by a leveling board. This comprises at least one microprocessor for the execution of vector-geometric arithmetic operations, in particular for the mirroring and computation of rotational matrices, by means of a rapid algebra and serves to generate rapidly processable input signals for the control electronics. The control electronics includes at least a microprocessor for the execution of simple mathematical arithmetic operations for generating control signals for the control of the motorized actuators, resp. the motor driver. Electronic memory elements of this control electronics also allow deliberate - in particular manually selected - and to store different from the horizontal settings and thus ensure the reproducibility of these settings.
[0025] Die Steuereinheit 29 wird bevorzugt von einer im Basiselement 2, d.h. unterhalb der Grundplatte 25 angeordneten Stromversorgung (nicht dargestellt) gespeist. The control unit 29 is preferably provided by one in the base element 2, i. supplied below the base plate 25 arranged power supply (not shown).
[0026] In alternativen Ausführungsformen können die elektromotorischen Antriebselemente 21 mit Getriebe- oder Schrittmotoren ausgerüstet sein und/oder ist das Stabilisierungselement 24 mehrteilig aufgebaut. Es versteht sich, dass der vorliegende Kamerakopf 1 als Basis für einen Panoramakopf verwendbar ist und in seiner Funktionsweise sogar in einen solchen Panoramakopf integriert werden kann. In alternative embodiments, the electric motor drive elements 21 may be equipped with gear or stepper motors and / or the stabilizing element 24 is constructed in several parts. It is understood that the present camera head 1 can be used as the basis for a panoramic head and can even be integrated into such a panoramic head in its functioning.
[0027] Für das mit der Steuereinheit 29 über ein Signalkabel 19 verbundene Steuerelement 22 ist jeder aus der Sensortechnik bekannte und elektronisch abgreifbare Inklinometer einsetzbar. Insbesondere kann dieser Inklinometer bspw. beschleunigungssensitive, flüssigkeitskapazitive, gasblasen-sensitive oder elektrolytische Sensoren umfassen. In einer besonderen Ausführungsform weist der Inklinometer einen künstlichen Horizont auf und misst die jeweilige Auslenkung mit Hilfe von Beschleunigungssensoren. Derartige elektronische Neigungssensor arbeiten mit einer Messgenauigkeit von 0.5 ́ ́ - 1 ́ ́, resp. mit einem Winkelfehler von ca. 0.01°. Darüber hinaus lassen sich diese Neigungssensoren auch bei Temperaturen von -30° bis +79° einsetzen. For the connected to the control unit 29 via a signal cable 19 control 22 each known from the sensor technology and electronically tapped inclinometer can be used. In particular, this inclinometer may comprise, for example, acceleration-sensitive, liquid-capacitive, gas-bubble-sensitive or electrolytic sensors. In a particular embodiment, the inclinometer has an artificial horizon and measures the respective deflection with the aid of acceleration sensors. Such electronic tilt sensor work with a measurement accuracy of 0.5 - 1, resp. with an angle error of about 0.01 °. In addition, these tilt sensors can also be used at temperatures from -30 ° to + 79 °.
[0028] In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Kamera mit einem Mainboard der Steuereinheit 29 verbunden, welches auch mit einem Bildschirm ausgerüstet sein kann. Dieses Mainboard erlaubt es auf die Kameraeinstellungen zuzugreifen, diese zu verändern und auf dem Bildschirm zu beobachten. In one embodiment of the present invention, the camera is connected to a mainboard of the control unit 29, which may also be equipped with a screen. This mainboard allows you to access the camera settings, change them and watch them on the screen.
[0029] Die Vorteile des erfindungsgemässen Kamerakopfes sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und sind insbesondere in der schnellen und präzisen Horizontalausrichtung der Kamera zu sehen. Dies ist für die horizontale Bildausrichtung ebenso wichtig, wie für die vertikale Ausrichtung der Drehachse in der Panoramaphotographie. Dank der Verwendung von vektorgeometrischen Rechenoperationen lässt sich die Kamera ohne Umwege präzise und direkt, d.h. ohne Zwischenschritte in jede gewünschte Neigung bringen. The advantages of the camera head according to the invention are immediately apparent to the person skilled in the art and can be seen in particular in the fast and precise horizontal alignment of the camera. This is just as important for horizontal image orientation as it is for vertical alignment of the rotation axis in panoramic photography. Thanks to the use of vector geometry arithmetic operations, the camera can be precisely and directly, i. bring into any desired inclination without intermediate steps.
[0030] Es versteht sich, dass dieser Kamerakopf mit einer externen Steuerung kombiniert werden kann, um Verschwenkungen von Kameras zu ermöglichen, wie sie in der Industrie, Fertigungstechnik, Wissenschaft oder Filmbranche benötigt werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich also besondere für die Verwendung in der allgemeinen Messtechnik mittels Laser- oder Infrarotlicht, mittels Ultraschall oder Mikrowellen, wie beispielsweise für die Fotogrammetrie, für die Erdbaunivellierung, für die Längen-, Geschwindigkeits-, Winkel- oder Richtungsmessung oder für die Verwendung mit meteorologischen Instrumenten, d.h. mit Instrumenten zur Messung und Optimierung der Lichtwerte, insbesondere für Solaranlagen, oder mit Instrumenten zur Schallpegelmessung oder für die analytische, industrielle oder medizinische Messtechnik mit IR-, UV-Licht, Ultraschall oder Röntgenstrahlen. It is understood that this camera head can be combined with an external control to enable pivoting of cameras, as they are needed in industry, manufacturing technology, science or film industry. The present invention is therefore particularly suitable for use in general measurement by means of laser or infrared light, by means of ultrasound or microwaves, such as for photogrammetry, for earthwork leveling, for the length, speed, angle or direction measurement or for Use with meteorological instruments, ie with instruments for measuring and optimizing the light values, in particular for solar systems, or with instruments for sound level measurement or for analytical, industrial or medical measuring technology with IR, UV light, ultrasound or X-rays.
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