SE519734C2 - Bildförändringsanordning för en bildalstrande apparat samt metod och digitalkamera till densamma - Google Patents

Description

30 35 519 754 2 ,, u» zooi-ii-os P: šasla-oovi svnoc mj grader. Möjlighet till förändring av synfältet hos enheten beskrivs dock inte.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en digitalkamera med ett varierbart synfält i kombination med funktioner för tippning och/eller pano- rering, vilken kan täcka en större visuell volym än en kon- ventionell panorerings- och/eller tippningskamera. Vidare är det ett syfte med den föreliggande uppfinningen att tillhandahålla en bildstyrnings- och förstorings/förminsk- ningsanordning (nedan kallad "bildförändringsanordning"), vilken monteras utanför den digitala kameran för att till- handahålla ett effektivt sätt att ändra synfältet liksom att ändra observationsriktningen. Ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en enkel metod och apparat för att filtrera det reflekterade ljuset från ett objekt.

Ovanstående syften samt andra syften och egenskaper hos den föreliggande uppfinningen uppnås genom att den di- gitala kameran förses med en externt monterad bildstyr- nings- och förstorings/förminskningsanordning, vilken inne- fattar en roterbar spegel med åtminstone en sida, som har en krökt yta. Tippningsspegeln vrids en liten vinkel för att ändra observationsriktningen och en större vinkel för att ändra synfältet eller för att placera ett filter i den optiska vägen. Genom att använda en spegel med en krökt yta kan den totala storleken och vikten hos spegeln minskas för ett givet synfält, vilket gör det möjligt att öka vrid- ningshastigheten hos spegeln och därigenom förbättra den totala hastigheten, med vilken observationsriktningen kan ändras från en första till en andra position. Digitalkame- ran innefattar även en styrenhet och en externt monterad drivanordning för att vrida tippningsspegeln i enlighet med en styrsignal, som skapas i styrenheten.

W Ü 20 25 30 35 . ' ' " '- -~u:: «* - : : .

F ,..»1, -I ', , .vuv ' g ,~, ß» ' , . »~= *" 1 z ~ v »v 3 1 :_ U _ .. 2001-11-05 P:\3313-0073 sv.doc mj Kort beskrivning av ritningarna En föredragen utföringsform av den föreliggande upp- finningen kommer nu att beskrivas närmare i detalj under hänvisning till medföljande ritningar på vilka: FIG l är ett översiktligt blockschema av den över- gripande strukturen hos en digitalkamera och en bildföränd- ringsenhet enligt den föredragna utföringsformen, FIG 2 är en första sidovy av bildförändringsenheten och kameran, vid vilken enheten är monterad.

FIG 3 är en andra sidovy av de i FIG 2 visade bild- förändringsenheten och kameran, FIG 4 är en toppvy av den i FIG 2 och 3 visade bild- förändringsenheten, FIG 5 är en förenklad schematisk ritning av de huvud- sakliga funktionella delarna hos den föredragna utförings- formen, där tippningsspegeln är inställd för att erhålla ett brett synfält, FIG 6 är en förenklad schematisk ritning av de huvud- sakliga funktionella delarna hos den föredragna utförings- formen, där spegeln är inställd för att erhålla ett smalare synfält, samt FIG 7 är en förenklad schematisk ritning av de huvud- sakliga funktionella delarna hos en första alternativ utfö- ringsform.

Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform Med hänvisning till FIG 1 illustreras en digitalkame- ra 300 i övergripande och modulär form. Digitalkameran 300 är anordnad att alstra en eller flera digitala bilder av ett godtyckligt föremål 100, som kan utgöra något fysiskt föremål förekommande i en volym, vilken optiskt täcks av digitalkameran 300. En uppfinningsmässig bildförändringsen- het 200 är monterad utanför digitalkameran 300 framför di- gitalkamerans optiska ingång ^00. Den optiska ingången 400 är en allmänt känd lins eller ett objektiv. Syftet med bildförändringsanordningen 200 är att förse digitalkameran 15 20 25 30 35 519 754 4 2001-11-05 P:\3313-0073. sv.doc mj 300 med ett föränderligt synfält i kombination med panore- rings- och/eller tippningsfunktioner. En föredragen utför- ingsform av bildförändringsenheten 200 kommer att beskrivas närmare med hänvisning till FIG 2-7.

Såsom visas i FIG 1, innefattar digitalkameran 300 vidare en bildinfångningsenhet 500, som är försedd med lämpliga organ för alstring av en digital bild, vilken re- presenterar föremålet 100. Bildinfångningsenheten 500 inne- fattar med fördel ett CCD element ("Charge Couple Device"), vars inre uppbyggnad anses vara välkänd för en fackman inom området. Digitalkameran 300 har även en styrenhet 600 för att styra bildinfångningsenheten 500 samt den yttre bild- förändringsanordningen 200. Styrenheten 600 är operativt förbunden inte enbart med anordningen 200 och enheten 500 utan även med digitalt minne 700 för lagring av bilder, som fångats in av bildinfångningsenheten 500. Digitalkameran 300 kan vidare innefatta en bildomvandlingsenhet 800, vars syfte är att vrida den digitala bilden och kompensera för bildvridningseffekter, som orsakats av bildförändringsan- ordningen 200, när synfältet panoreras eller tippas. Bild- omvandlingsenheten 800 är mottaglig för en vridningsvinkel hos bildförändringsanordningen 200 med avseende på objekti- vet 400 och utnyttjar denna vridningsvinkel vid omvandling av den digitala bilden för att kompensera för aktuell pano- rerings- och/eller tippningsvinkel. Att genomföra en sådan bildomvandling, dvs. att vrida en digital bild i en eller flera riktningar, anses ligga inom fackmannens kompetensom- råde vad gäller digitalkameror. Den inre uppbyggnaden av bildomvandlingsenheten 800 kommer därför inte att beskrivas här.

Minnet 700 kan realiseras av något kommersiellt till- gängligt minne, såsom ett SRAM minne.

Som visas i FIG 1, kan digitalkameran 300 vara anslu- ten till ett nätverk 900, exempelvis ett Ethernet- eller Token Ring-nätverk, som i sin tur kan vara en del av Inter- 10 20 25 30 35 519 734 5 2001-11-05 P:\\33l3-0073 sv.doc mj net. I en sådan tillämpning är styrenheten 600 i digitalka- meran 300 försedd med lämplig mjukvara, så att digitalkame- ran 300 kan fungera som en pâ nätverket 900 tillgänglig webbkamera, dvs. en webbserver som alstrar digitala bilder.

Digitalkamerans 300 panorerings- och/eller tippnings- vinkel, eller närmare bestämt den eller de vinklar med vil- ken/vilka bildförändringsanordningen 200 förändrar kamerans 300 synfält i förhållande till en centrumaxel genom objek- tivet 400, kan ställas in och ändras av en kameraanvändare genom att använda styrenheten 600 via nätverket 900. Alter- nativt kan panorerings- och/eller tippningsvinkeln/vink- larna styras från en dator, som är direkt ansluten till di- gitalkameran 300.

Med hänvisning till FIG 5 och 6 visas två förenklade schematiska ritningar av den huvudsakliga spegelanordningen och mekaniken för att ändra bilden i enlighet med en före- dragen utföringsform av den föreliggande uppfinningen. Den bildalstrande apparaten innefattar ett kamerahölje 6 och en optisk ingång 5, såsom en allmänt känd lins eller ett ob- jektiv, för att skapa en digital bild, som representerar ett objekt, vilket är placerat i den visuella volymen, som omger den bildalstrande apparaten. Spegelarrangemanget hos den bildförändrande anordningen är placerat på en basplatta 8, monterad utanför kameran.

Bildförändringsanordningen enligt uppfinningen inne- fattar en vridbart monterad tippningsspegel 1 och en driv- anordning 7 för att vrida tippningsspegeln l i enlighet med en styrsignal. I sin enklaste form tar drivanordningen 7 emot en styrsignal och vrider, som en reaktion på denna, tippningsspegeln I för att ändra synfältet eller vrider tippningsspegeln 1 för att erhålla en panorerings- och/eller tippningsfunktion. I en föredragen utföringsform har tippningsspegeln 1 en första plan yta 2 och en andra krökt yta 3. Genom att placera tippningsspegeln 1 i posi- tionen, som visas i FIG 5, är den första plana ytan 2 pla- 20 25 30 35 519 734 2001-11-05 P:\3313-0O73 sv.doc mj cerad i den optiska vägen 31 hos den bildalstrande appara- ten och förser därigenom den bildproducerande apparaten med ett första, smalt synfält. Detta är ett resultat av reflek- tionslagen, vars terminologi och teori är välkänd för fack- mannen och beskrivs utförligt i litteraturen, exempelvis i kapitel 3.4 samt 3.7 i "Introduction to Optics" av Frank L.

Pedrotti, S.J. och Leno S. Pedrotti, Saddle River, New Jersey 07458, ISBN O-13-501545-6.

Prentice Hall , Upper Reflek- tionslagen säger att de reflekterade strålarna förblir i infallsplanet med lika vinklar i förhållande till normalen i reflektionspunkten, vilket i vårt fall är spegelytan 2.

Att välja en annan reflektionspunkt ändrar inte normalen för en plan spegel; dvs. en bild, som är skapad av en re- flektion i en plan yta, har förstoringen 1.

En fast spegel 4, vilken är monterad omedelbart fram- för objektivet 5, vrider den optiska vägen 31 hos den bild- alstrande apparaten 6 och gör det därmed möjligt att op- tiskt täcka en volym i samma riktning som den optiska cen- trumaxeln hos objektivet 5. Utan den fasta spegeln 4 måste den vridbart monterade tippningsspegeln l placeras i en po- sition omedelbart framför objektivet 5 för att vara place- rad i den optiska vägen hos den bildalstrande apparaten.

Tippningsspegeln l skulle i så fall stoppa en stråle, som kommer från ett objekt placerat i samma riktning som den optiska centrumaxeln hos objektivet 5.

FIG 6 visar återigen den föredragna utföringsformen; denna gång med tippningsspegeln 1 vriden för att erhålla ett bredare synfält. Med hänvisning till diskussionen ovan kommer strålar, vilka utgår från ett objekt i den optiska vägen hos den bildalstrande apparaten, enligt reflektions- lagen att sprida sig på ett sådant sätt att förstoringen hos systemet kommer att bli mindre än 1 när det reflekteras i en konvex spegelyta 3.

FIG 7 visar en första förenklad schematisk ritning av en första alternativ utföringsform av den föreliggande upp- 10 20 25 519 734 ____ i 2001-11-05 P:\33l3-0U73 sv.doc m] ' ' ' finningen. I denna utföringsform innefattar den vridbart monterade tippningsspegeln 10, förutom den första plana ytan 11 och den andra krökta ytan 12, en tredje yta 13 med en optisk egenskap, vilken skiljer sig från den första pla- na ytan 11 och/eller den andra krökta ytan 12. En tänkbar funktion för denna tredje yta kan vara att reducera vissa spektralkomponenter hos det reflekterade ljuset, exempelvis att fungera som ett ljusbalanserande filter i en inomhus- miljö eller för att dämpa färger utanför det gula spektral- bandet (ca 570 nm) i syfte att åstadkomma en kontrastök- ning. En annan tänkbara funktion hos denna tredje yta kan vara att utan distorsion reducera mängden ljus, som har re- flekterats i ett ljust objekt, vilket är placerat i en väl- digt upplyst miljö; dvs. den tredje ytan 13 fungerar som ett gráfilter och dämpar jämnt de olika spektralkomponen- I denna alternativa ut- objektivet 15, terna hos det reflekterade ljuset. föringsform är den fasta spegeln 14, kamera- höljet 16, drivanordningen 17 och basplattan 18 anordnade för att fungera i enlighet med de motsvarande komponenterna i FIG 5 och 6.

Den bildförändrande anordningen 200 kommer nu att be- skrivas närmare i detalj med hänvisning till FIG 2-4. De följande elementen visas på dessa ritningar: Antal Hänvisnings- Benämning beteckning 1 1 Tippningsspegel 1 2 Första plan yta 1 3 Andra krökt yta 1 4 Fast spegel 1 5 Kameralins 2001~11~O5 P:\33l3-U(>73 sv.doc m] 519 754 8 1 6 Kamerahölje 1 7 Drivanordning 1 8 Basplatta 2 9 Motor 1 10 Tippningsspegel (alt. Utföringsform) 1 11 Första plan yta (alt. Utföringsform) 1 12 Andra krökt yta (alt. Utföringsform) 1 13 Tredje yta (alt. Utföringsform) 1 14 Fast spegel (alt. Utföringsform) 1 15 Kameralins (alt. Utföringsform) 1 16 Kamerahölje (alt. Utföringsform) 1 17 Drivanordning (alt. Utföringsform) 1 18 Basplatta (alt. Utföringsform) 2 19 Optisk sensor 1 20 Spänndon för kuggrem 1 21 Spànndon för kuggrem 20 519 754 2001-11-05 F:\33l3-0073 svidoc mj 9 1 22 Drivhjul 1 23 Drivhjul 1 24 Kuggrem 1 25 Kuggrem 1 26 Styrhjul 1 27 Spegelhjul 2 28 Hálldon 1 29 Vinkelväxel 1 30 Tippningsaxel Bildförändringsanordningen 200 har ett spegelsystem, innefattande en första fast spegel 4 och en andra tipp- ningsspegel 1. Som tidigare nämnts med hänvisning till FIG 5 och 6, andra krökt yta 3. Den fasta spegeln 4 är monterad direkt har tippningsspegeln 1 en första plan yta 2 och en framför objektivet 5 vid en vinkel på 37° relativt kamerans 300 optiska centrumaxel. Den fasta spegeln 4 är monterad på ett spegelhjul 27, som är vridbart runt objektivet och där- för ger ett synfält med en vridningsvinkel på mellan 0°och 36o°.

Tippningsspegeln 1 är monterad i centrum av synfäl- tet, så att tippningsspegelns 1 vridaxel är vinkelrät mot kamerans optiska centrumaxel. Tippningsspegeln 1 är monte- rad på spegelhjulet 27, varvid tippningsspegeln 1 fås att vridas runt objektivet 5 tillsammans med den fasta spegeln 4. Tack vare det geometriska arrangemanget hos speglarna 4 och 1 med avseende på objektivet 5, är det möjligt att på kort tid övervaka en stor volym.

Tippningsspegeln 1 är lagrad i spegelhjulet 27 mellan två hàlldon 28. Motsatt spegelhjulet 27 är ett något mindre 10 20 25 30 2001-11-05 P:\_3313-0073| sv.dOC mj styrhjul 26 koncentriskt monterat. En tippningsaxel 30 är excentrisk monterad på spegelhjulet, så att tippningsspe- geln 1 fås att röra sig. Styrhjulet 26 överför sin rörelse till tippningsaxeln 30 och från tippningsaxeln 30 via en vinkelväxel 29 till spegeln. Arrangemanget påminner om en planetväxel, där styrhjulet motsvarar ett solhjul och tipp- ningsaxeln motsvarar ett planethjul. Spegelhjulet 27 funge- rar som en hållare för planethjulet.

När spegelhjulet 27 inte rör sig, om styrhjulet 26 vrids, kommer tippningsaxeln 30 att vridas kring sin egen axel, varvid tippningsspegeln l kommer att vridas kring sin vridningsaxel. Följaktligen vrids tippningsspegeln l i för- hållande till spegelhjulet 27, varvid synfältets centrumax- el kommer att vara vinklat med avseende på kamerans optiska centrum. Om spegelhjulet 27 och styrhjulet 26 vrids med samma vinkelhastighet, kommer det inte att förekomma någon relativ rörelse hos tippningsaxeln 30 och följaktligen inte heller någon vridning av spegeln 1 kring sin vridningsaxel.

Spegelhjulet 27 som helhet betraktat kommer emellertid att vridas med den fasta spegeln 4 och tippningsspegeln 1 vid en konstant vinkel mot kamerans optiska centrumaxel.

Med andra ord, genom att synkront vrida spegelhjulet 27 och styrhjulet 26 kan synfältet vridas 360°för varje given tippningsvinkel. Om så hjulen vrids relativt varand- ra, kommer vinkeln att ändras för spegeln l varvid synfäl- tet åter kan vridas 360° för en ny tippningsvinkel. På det- ta vis kan mycket stor volym runt kameran täckas och kan bilder erhållas för varje given position inom denna stora volym. Genom att vrida styrhjulet 26 en viss vinkel i för- hållande till spegelhjulet 27 kommer tippningsspegeln 1 att vridas l80° och därmed växla från ett smalt synfält till ett brett synfält eller vice versa, såsom beskrivs med hän- visning till Figurerna 5 och 6. 15 20 2001-11-05 P:\33l3-0073 sv.doc mj 519 7334 l l Spegelhjulet 27 och styrhjulet 26 drivs av respektive motorer 9. Vidare förekommer drivhjul 22, 23, kuggremmar 24, 25 och spänndon 20, 21, vilka visas i Figurerna 2-4.

Bildvridningsanordningen enligt uppfinningen ger åt- minstone följande fördelar: Lågt tröghetsmoment för vridande delar Hög inställningshastighet för panorering/tippning, kort tid mellan vinkelinställningar Hög inställningsnoggrannhet Kompakt utformning Få ingående delar Låg tillverkningskostnad Flexibel utformning Enkel styrning av panorering/tippning Flera synfält Filtrering och/eller andra bildförändringsmöjligheter Föreliggande uppfinning har beskrivits ovan med hän- visning till en föredragen utföringsform. Andra utförings- former än den ovan visade är emellertid möjliga inom ramen för uppfinningen, såsom denna definieras av bifogade själv- ständiga patentkrav.

Claims (23)

W 20 25 30 35 200141-05 P:\3313-0o73'sv.doc m; PATENTKRAV

1. Bildförändringsanordning för en bildalstrande ap- parat (300) med en optisk ingång (5), kännetecknad av: (1), (3), en drivanordning (7), vilken är kopplad till spegeln en spegel som har en första plan yta (2) och en andra krökt yta (1) och anordnad att vrida spegeln (1) till en första posi- tion, varvid den första plana ytan (2) placeras i en optis- ka väg (31) utanför den optiska ingången hos den bildalst- rande apparaten (6) och därigenom tillhandahåller ett för- sta synfält för den bildalstrande apparaten; vilken drivan- ordning (7) även är anordnad att vrida spegeln (1) till en andra position, varvid den andra krökta ytan (3) placeras i den optiska vägen hos den bildproducerande apparaten och därigenom tillhandahåller ett andra synfält för den bild- producerande apparaten.

2. Anordning enligt krav 1, varvid den krökta ytan (3) utgör en del av en sfär.

3. Anordning enligt något av kraven 1 eller 2, var- vid den första plana ytan (2) har en vinkelförskjutning av 180° med avseende på den andra krökta ytan (3).

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, varvid spe- (10) (13) raktäristik, vilken skiljer sig från den första plana ytan (ll) (12), geln innefattar en tredje yta med en optisk ka- varvid drivanord- (10) eller den andra krökta ytan (17) tredje position, varvid den tredje ytan (13) placeras i den ningen är anordnad att vrida spegeln till en optiska vägen hos den bildalstrande apparaten.

5. Anordning enligt kravet 4, varvid den tredje ytan (13) är plan. 10 U 20 25 30 35 519 754 l3 2001-11-05 P:\33l3-0073 sv.doc mj

6. Anordning enligt något av kraven 4 eller 5, var- (13) hos det reflekterade ljuset. vid den tredje ytan dämpar vissa spektralkomponenter

7. Anordning enligt kravet 6, varvid spektralkompo- nenterna hos det reflekterade ljuset dämpas jämnt.

8. Anordning enligt något av de föregående kraven, (7) är anordnad att ta emot en kon- (600) varvid drivanordningen trollsignal från en kontrollenhet och att vrida spe- geln (1) till den första positionen eller den andra posi- tionen beroende på ett värde hos styrsignalen.

9. Anordning enligt något av de föregående kraven, varvid drivanordningen (7) innefattar åtminstone en kuggrem för att vrida spegeln.

10. Anordning enligt något av de föregående kraven, varvid drivanordningen (7) innefattar åtminstone ett växel- hjul för att vrida spegeln.

11. ll. Metod att tillhandahålla ett flertal synfält för en bildalstrande apparat, kännetecknad av att: vrida en spegel (1), vilken har en första plan yta (2) till en första position, varvid den första ytan (2) placeras i en optisk väg (31) utanför den optiska ingången hos den bildalstrande apparaten för att därigenom tillhan- dahålla ett första synfält, och vrida spegeln (1) till en andra position, varvid en andra krökt yta (3) placeras i den optiska vägen hos den bildalstrande apparaten för att därigenom tillhandahålla ett andra synfält för den bildalstrande apparaten.

12. Metod enligt kravet ll, varvid spegeln (1) vrids en vinkel av 180°. 15 20 35 519 734 l4 . , - , H 2001-ll-05 P:\3313-0073 sv.doC mj

13. Metod enligt något av kraven 11 eller 12, varvid spegeln (10) innefattar en tredje yta (13) med en optisk karakteristik, vilken skiljer sig från den första plana ytan (11) eller den andra krökta ytan (12), varvid den tredje ytan (13) placeras i den optiska vägen hos den bild- alstrande apparaten för att därigenom tillhandahålla ett tredje synfält för den bildalstrande apparaten. (300) innefattande:

14. Digitalkamera med funktioner för panorering och/eller tippning, ett kamerahus (6) med en optisk ingång (5), såsom en lins eller ett objektiv; en (500) som mottagits genom den optiska ingången (600), en utanför kamerahuset (6) för alstring av en digital bild (5), bildinfångningsenhet från ljus, samt en styrenhet kännetecknad av: monterad första spegel (1), och en andra krökt yta vilken har en första plan yta (2) (3), en drivanordning och (7), och anordnad att vrida spegeln (1) som är kopplad till spegeln (1) till en första position, varvid den första plana ytan (2) placeras i en optisk väg (31) meran utanför den optiska ingången (5) hos den digitala ka- (300) synfält för den digitala kameran, varvid drivanordningen för att därigenom tillhandahålla ett första (7) även är anordnad att vrida spegeln (1) till en andra position, varvid den andra krökta ytan (3) placeras i den optiska vägen hos den digitala kameran för att därigenom tillhandahålla ett andra synfält för den digitala kameran.

15. En digitalkamera enligt kravet 14, varvid den krökta ytan (3) utgör en del av sfär.

16. En digitalkamera enligt något av kraven 14 eller 15, varvid den första plana ytan (2) har en vinkelförskjut- ning på 180° med avseende på den andra krökta ytan (3). 15 20 25 30 . , - . . » 2001-11-05 f-Aaan-ooví sw/.doc mj l5

17. Digitalkamera enligt något av kraven 14-16, var- vid spegeln (10) innefattar en tredje yta (13) med en op- tisk karakteristik, vilken skiljer sig från den första pla- na ytan (11) eller den andra krökta ytan (12), varvid driv- anordningen (17) är anordnad att vrida spegeln (10) till en tredje position, varvid den tredje ytan (13) placeras i den optiska vägen hos den digitala kameran.

18. Digitalkamera enligt kravet 17, varvid den tredje ytan (13) är plan.

19. Digitalkamera enligt något av kraven 17 eller 18, varvid den tredje ytan (13) dämpar vissa spektralkomponen- ter hos det reflekterade ljuset.

20. Digitalkamera enligt kravet 19, varvid spektral- komponenterna hos det reflekterade ljuset dämpas jämnt.

21. Digitalkamera enligt något av kraven 14-20, var- vid drivanordningen (7) är anordnad att ta emot en styrsig- nal från en styrenhet och att vrida spegeln (1) till den första positionen eller den andra positionen beroende på ett värde hos styrsignalen.

22. Digitalkamera enligt något av kraven 14-21, var- vid drivanordningen (7) innefattar åtminstone en kuggrem för att vrida spegeln.

23. Digitalkamera enligt något av kraven 14-22, var- vid drivanordningen (7) innefattar åtminstone ett växelhjul för att vrida spegeln. _ , . .. H r ..'.-.'» I» l = 'z _, _, , , . . . i 1 , C . U ... .. . . - » I _ . , - - - - - -ç ,, _ ~ . f « f . 4 » ~ H _ . . . , .. ..-