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Einleitung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stabilisierten Führung einer Bildaufnahmeeinrichtung, aufweisend eine Lagereinrichtung zur Aufnahme von durch die Vorrichtung erzeugten Lagerkräften und die Bildaufnahmeeinrichtung, wobei die Lagereinrichtung und die Bildaufnahmeeinrichtung mindestens um eine erste Rotationsachse und eine zweite Rotationsachse, die nicht parallel zueinander angeordnet sind, relativ zueinander verdrehbar sind.
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Unter eine „stabilisierten Führung“ wird verstanden, dass die Bildaufnahmeeinrichtung bei einer Bewegung der gesamten Vorrichtung eine gleichmäßige Bewegung ausführt, das heißt gar nicht oder maximal kaum merklich wackelt oder ruckelt. Entsprechend ist eine stabilisierte Führung im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Führung, die dazu geeignet ist, die Bildaufnahmeeinrichtung derart zu führen, dass ein fortlaufend mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgezeichneter Film in für einen Betrachter angenehmen Art und Weise gleichmäßig und stetig wirkt. Dieses Erfordernis kommt insbesondere bei Kamerafahrten zum Tragen, bei denen die Bildaufnahmevorrichtung vorsätzlich bewegt wird, die Bewegung jedoch nicht zu einer ungleichmäßigen Beschleunigung der Bildaufnahmeeinrichtung führen sollte.
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Bei der Bildaufnahmeeinrichtung handelt es sich typischerweise um eine Foto- oder Filmkamera. Bei diesen kann es sich gleichermaßen um klein- oder kleinstformatige Geräte (Masse von weniger als 100 g bis 1 kg) wie auch um große Filmkameras (Masse von mehreren kg) handeln. Bildaufnahmeeinrichtungen mit der ausschließlichen Möglichkeit zur Aufnahme von Einzelbildern sind ebenso denkbar wie solche, die sowohl zur Aufzeichnung von Einzel- als auch Serienbildern beziehungsweise Filmen geeignet sind.
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Unter einer Rotationsachse im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird weniger ein konkretes physisches Bauteil beispielsweise im Sinne der Achse eines PKW verstanden, sondern eine geometrische Angabe über die Möglichkeit einer „Richtung“ einer gegenseitigen Verdrehung zweier oder mehrerer Bauteile. Eine genaue räumliche Festlegung der Rotationsachse ist dabei für das Wirkungsprinzip ebenso wenig bestimmend wie die konkrete Ausführung, die letztendlich den rotatorischen Freiheitsgrad freigibt, der die Rotationsachse auszeichnet.
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Demgemäß sind beispielsweise zwei Enden eines flexiblen Gartenschlauchs um eine beliebige Vielzahl von Rotationsachsen im Sinne dieser Anmeldung relativ zueinander verdrehbar, wobei eine konstruktive, womöglich feststehende Dreh- beziehungsweise Rotationsachse nicht vorhanden ist. Dasselbe gilt für ein Kugelgelenk, welches unendlich viele, nicht eindeutig bestimmbare Rotationsachsen aufweist.
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Bei den Lagerkräften im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann es sich sowohl um statische Lagerkräfte handeln, die beispielsweise durch das Eigengewicht der Vorrichtung hervorgerufen werden, als auch um dynamische Lagerkräfte, die aus der Bewegung der Vorrichtung oder zumindest eines einzelnen Teils derselben resultieren. Sämtliche Lagerkräfte werden von der Lagereinrichtung aufgenommen und von dieser weiter – beispielsweise an weitere Bauteile – abgeleitet.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind bereits seit geraumer Zeit bekannt und finden in der alltäglichen Praxis bei der Aufnahme aller Arten von Filmen eine große Rolle. Hier ist insbesondere das so genannte Schwebestativ („Steadicam“®) zu nennen, welches sich des Aufbaus der eingangs beschriebenen Vorrichtung bedient.
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Ein solches Schwebestativ geht beispielsweise aus den folgenden Dokumenten hervor:
US 4,946,272 ,
DE 203 01 604 U1 ,
US2009/0257741 A1 und
US 2011/0169972 A1 . Das zugrunde liegende technische Prinzip ist dabei stets identisch: eine Bildaufnahmeeinrichtung, typischerweise eine Filmkamera, wird mittels eines starren Kopplungselements an eine Ausgleichsmasse gekoppelt. Das Kopplungselement ist wiederum gelenkig an eine Lagereinrichtung, typischerweise einen Haltegriff, angeschlossen, wobei der Haltegriff während der Benutzung der Vorrichtung von einem Kameramann gehalten und so die Vorrichtung geführt und getragen wird. Das Kopplungselement mitsamt der daran montierten Bildaufnahmeeinrichtung ist mittels des Gelenks typischerweise um drei senkrecht aufeinander stehende Raumachsen drehbar gelagert, wobei als Gelenk typischerweise ein so genannter „gimbal“ beziehungsweise eine kardanische Aufhängung zum Einsatz kommt. Diese Gelenkigkeit ermöglicht es, dass Bewegungen der Lagereinrichtung zumindest zum Teil von den Bewegungen der Filmkamera entkoppelt sind. Somit ist es dem Kameramann beispielsweise erlaubt, seine Handhaltung zu verändern und dabei das gesamte Schwebestativ anzuheben, nach links und rechts zu bewegen oder ähnliches, ohne dass eine Ausrichtung der optischen Achse der Filmkamera verändert wird. Außerdem können unerwünschte „Zitterbewegungen“ der Hand des Kameramanns effektiv gefiltert werden, so dass sich diese nicht in der Aufnahme niederschlagen.
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Dies gelingt aufgrund der Massenträgheit des Kopplungselements mitsamt der daran montierten Massen (Ausgleichsmasse, Filmkamera), die bewirkt, dass die vorteilhafterweise sehr geringen Reibkräfte, die über das Gelenk an das Verbindungselement übertragen werden, nicht in der Lage sind, eine Positionsveränderung desselben zu bewirken.
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Allerdings gilt diese „Entkoppelung“ der Bewegungen der Lagereinrichtung (Haltegriff) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (Kamera) lediglich hinsichtlich relativer Verdrehungen beider Teile gegeneinander. Translatorische Bewegungen des Haltegriffs werden hingegen direkt von der Hand des Kameramanns an die Kamera übertragen. Am Beispiel des Schwebestativs könnten hierdurch möglicherweise unerwünschte ruckartige Bewegungen der Filmkamera, die für den Betrachter der Aufnahme störend wirken könnten, ausgelöst werden. Allerdings ist es dem Kameramann typischerweise mittels ausgleichender Armbewegungen gut möglich, eine fließende, nicht-ruckartige Kameraführung zu erreichen, die ein stabiles Bild liefert.
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Dieser ausgleichende Einfluss, der am Beispiel der Schwebestative stets durch den jeweiligen Anwender ausgeübt werden kann, fällt allerdings dann aus, sobald sich die Kamera nicht im direkten Zugriffsbereich des Anwenders befindet. Dies ist beispielsweise bei Flugaufnahmen der Fall, bei denen die Kamera typischerweise an einer Vorrichtung montiert in erheblicher Entfernung von dem Kameramann angeordnet ist. Bei derartigen Vorrichtungen handelt es sich typischerweise um Kamerakräne. Diese sind normalerweise als massive biegesteife Vorrichtungen ausgeführt, die fest an einem Aufstellort aufgestellt werden. Ein solcher Kamerakran ist beispielsweise der
DE 38 153 42 C1 entnehmbar. Derartige Vorrichtungen erreichen eine stabile und „ruckelfreie“ Führung der Kamera, indem zum einen der Kamerakran fest steht und zum anderen der Ausleger des Krans besonders steif ausgeführt ist. Der Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt in der unflexiblen und aufwendigen Bauart, mit der beispielsweise schnelle Ortswechsel, wie sie mit handgeführten Kameras möglich sind, nicht denkbar sind.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung hervorzubringen, mittels derer eine stabile Führung einer Bildaufnahmeeinrichtung im Sinne der Erzeugung eines möglichst gleichmäßig fließenden, ruckelfreien Filmes möglich ist, ohne dass hierzu ein aktiver Eingriff eines jeweiligen Anwenders der Vorrichtung nötig ist, wobei die Vorrichtung ferner mobil sein soll.
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Lösung
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Die zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch ein starres Verbindungsteil gelöst, das sowohl mit der Lagereinrichtung als auch mit der Bildaufnahmeeinrichtung verbunden ist, wobei das Verbindungsteil und die Lagereinrichtung mindestens um die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse relativ zueinander verdrehbar sind und das Verbindungsteil und die Bildaufnahmeeinrichtung mindestens um eine dritte Rotationsachse und eine vierte Rotationsachse, die nicht parallel zueinander angeordnet sind, relativ zueinander verdrehbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verbindungsteil dient demzufolge als eine Art „Zwischenteil“ zwischen der Lagereinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung, wobei erfindungsgemäß der Vorrichtung zwei weitere rotatorische Freiheitsgerade (dritte und vierte Rotationsachse) hinzugefügt werden, die die Bildaufnahmeeinrichtung zusätzlich zu den beiden bereits vorhandenen Rotationsachsen kinematisch von der Lagereinrichtung entkoppeln. Dies führt im Ergebnis dazu, dass Bewegungen der Lagereinrichtung nicht direkt beziehungsweise nicht „ungefiltert“ oder „ungedämpft“ an die Bildaufnahmeeinrichtung übertragen werden. Ein mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommener Film ist entsprechend durch ein ruhiges, für den Betrachter angenehmes Bild gekennzeichnet.
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Die Lagereinrichtung, das Verbindungsteil und die Bildaufnahmeeinrichtung sind gewissermaßen „in Reihe“ angeordnet. Da das Verbindungsteil sowohl mit der Lagereinrichtung als auch mit der Bildaufnahmeeinrichtung jeweils über mindestens zwei Rotationsachsen (und folglich unter Beibehaltung zweier rotatorischer Freiheitsgerade) gekoppelt ist, kann eine Bewegung an der Lagereinrichtung dadurch ausgeglichen werden, dass zum einen das Verbindungsteil aufgrund der gelenkigen Lagerung relativ zu der Lagereinrichtung und zum anderen die Bildaufnahmeeinrichtung relativ zu dem Verbindungsteil verdreht wird. Die gegenseitige Verdrehung der jeweils benachbarten Bauteile entfaltet dabei eine „ausgleichende“ Wirkung, da die Rotationswinkel, die jeweils um die vorhandenen Rotationsachsen anfallen, bei der Verdrehung der Lagereinrichtung gegenüber dem Verbindungsteil typischerweise zumindest in etwa vom selben Betrag sind, wie bei der Verdrehung des Verbindungsteils gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung. Allerdings sind die vom Betrag gleichen beziehungsweise in etwa gleichen Rotationswinkel gegenläufig, addieren sich also idealerweise zu Null, das heißt die korrespondierenden Rotationswinkel weisen unterschiedliche Vorzeichen auf.
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Das bedeutet, dass beispielsweise bei einer Vorrichtung, bei der das Verbindungsteil um eine horizontale Achse um 45° nach rechts gegenüber der Lagereinrichtung verschwenkt wird, die an dem Verbindungsteil angeordnete Bildaufnahmeeinrichtung auch um 45° verschwenkt würde, sofern die Vorrichtung nicht über die erfindungsgemäßen Rotationsachsen verfügen würde. Im Ergebnis würde eine optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung, die gewissermaßen eine „Blickrichtung“ der Bildaufnahmeeinrichtung darstellt, ihre Ausrichtung verändern und das ursprünglich anvisierte Motiv würde aus der Bildfläche des aufgenommenen Bildes verschwinden. Im Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgt die Bildaufnahmeeinrichtung allerdings aufgrund ihrer Masse und der damit einhergehenden Massenträgheit nicht ohne weiteres der Rotation um 45°, die das Verbindungsteil relativ zu der Lagereinrichtung beschreitet. Stattdessen behält die optische Achse im Wesentlichen ihre Orientierung bei, da die Bildaufnahmeeinrichtung ihrerseits um das Verbindungsteil rotiert, wobei beide Teile gleichermaßen um einen Winkel von 45° gegeneinander verdrehen. Die Drehrichtung „Verbindungsteil-Lagereinrichtung“ ist dabei genau entgegengesetzt der Drehrichtung „Bildaufnahmeeinrichtung-Verbindungsteil“, das heißt zwar vom gleichen Betrag aber von unterschiedlicher Richtung.
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Dies hat zur Folge, dass im Endeffekt die optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung selbst bei einer Bewegung der Lagereinrichtung im Wesentlichen ihre Ausrichtung beibehält. Das heißt, dass bei einer mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Filmsequenz der jeweilige Betrachter die tatsächlich ausgeführte Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung während der Aufzeichnung der Filmsequenz gar nicht oder lediglich kaum bemerkt. Insbesondere wird der Betrachter nicht von unstetigen Bewegungen des Bildes oder sonstigen störenden Einflüssen irritiert und gestört.
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Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Verbesserung dar, da es mittels der hier offenbarten Vorrichtung ohne weiteres möglich ist, ein stabiles („ruckelfreies“) Bild zu erzeugen, ohne das hierfür eine aufwendige starre stationäre Konstruktion und/oder der korrigierende Einfluss eines Kameramanns vonnöten sind. Insbesondere ist die hier offenbarte Vorrichtung dazu geeignet, an besonders leichten und filigranen Halteeinrichtungen montiert zu werden, die zwar im Gegensatz zu nach dem Stand der Technik üblichen Kamerakränen und dergleichen eine geringere Steifigkeit aufweisen und daher anfälliger sind gegenüber Schwingungen, im Vergleich zu diesen jedoch erheblich mobiler und flexibler in der Anwendung sind. Dem Kameramann werden hierdurch ein besonderes Maß an künstlerischer Freiheit und ein erheblicher Vorteil im Arbeitstempo bei zumindest gleich bleibender Bildqualität verschafft.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in einer Ruhestellung der Vorrichtung, in der keine Störkräfte auf die Vorrichtung wirken, sämtliche vier Rotationsachsen in etwa horizontal orientiert, wobei vorzugsweise die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse sowie die dritte Rotationsachse und die vierte Rotationsachse jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind und weiter vorzugsweise sich die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse in einem ersten Schnittpunkt sowie die dritte Rotationsachse und die vierte Rotationsachse in einem zweiten Schnittpunkt schneiden, wobei noch weiter vorzugsweise die erste Rotationsachse parallel zur dritten Rotationsachse und die zweite Rotationsachse parallel zur vierten Rotationsachse angeordnet ist und die beiden Schnittpunkte auf einer in etwa vertikalen Geraden liegend übereinander angeordnet sind.
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Mittels einer derartigen Anordnung der Rotationsachsen ist die oben beschriebene ausgleichende Rotationsmöglichkeit, die die Bildaufnahmeeinrichtung von der Lagereinrichtung entkoppelt, besonders einfach umsetzbar. Insbesondere führt die Parallelität der jeweils korrespondierenden Rotationsachsen (eins und drei sowie zwei und vier) dazu, dass eine Verdrehung um die jeweils eine Rotationsachse besonders einfach mittels der darunter liegenden zweiten Rotationsachse ausgeglichen werden kann. Somit korrespondieren die erste Rotationsachse und die dritte Rotationsachse sowie die zweite Rotationsachse und die vierte Rotationsachse. Die beschriebene Ausrichtung der Rotationsachse ermöglicht so genannte „Rollbewegungen“ und „Nickbewegungen“ sowohl des Verbindungsteils gegenüber der Lagereinrichtung als auch der Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber dem Verbindungsteil. Typischerweise sind jeweils parallele horizontale Rotationsachsen (beispielsweise die erste und die dritte) parallel zu der optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet und fungieren somit als so genannte „Rollachsen“, während die hierzu senkrechten horizontalen Achsen die so genannten „Nickachsen“ bilden.
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Unter der Ruhestellung ist eine solche Stellung der Vorrichtung zu verstehen, in der sie völlig frei von äußeren Störeinflüssen in einer „ausgependelten“ Stellung vorliegt, das heißt „in Ruhe“ ist.
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In einer in der Praxis besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind das Verbindungsteil und die Lagereinrichtung und/oder das Verbindungsteil und die Bildaufnahmeeinrichtung mindestens um eine fünfte Rotationsachse relativ zueinander verdrehbar, wobei die fünfte Rotationsachse nicht-parallel zu einer von der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse und/oder einer von der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse aufgespannten Ebene orientiert ist, wobei in einer Ruhestellung der Vorrichtung, in der keine Störkräfte auf die Vorrichtung wirken, die fünfte Rotationsachse in etwa vertikal orientiert ist.
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Bei der fünften Rotationsachse handelt es sich entsprechend um eine so genannte „Gierachse“, mittels derer ein Gieren der jeweils aneinander angeschlossenen, um diesen Freiheitsgrad verdrehbaren Bauteile möglich ist. Dies ist hinsichtlich der Kontrolle der Bildaufnahmeeinrichtung besonders von Vorteil, da der Kameramann die Möglichkeit hat, die optische Achse um die vertikale fünfte Rotationsachse zu verdrehen und somit eine Anpassung des jeweils aufgenommenen Bildes zu erwirken.
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Die fünfte Rotationsachse dient darüber hinaus einem weiteren wesentlichen Zweck. Somit sind das Verbindungsteil von der Lagereinrichtung und/oder die Bildaufnahmeeinrichtung von dem Verbindungsteil zusätzlich zu den übrigen vier Rotationsachsen um einen weiteren Freiheitsgrad voneinander entkoppelt. Dies kann im Hinblick auf ein „ruhiges“ Bild, das heißt ein ruckel- und vibrationsfreies Bild, besonders vorteilhaft sein, da Störeinflüsse, die eine Verdrehung der Lagereinrichtung um eine vertikale Achse bewirken, nicht länger an die Bildaufnahmeeinrichtung weitergegeben, sondern mittels des zusätzlichen fünften Freiheitsgrades gefiltert werden. Das heißt, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine Bewegung der Lagereinrichtung mit einem Rotationsanteil um eine vertikale Achse nicht „bemerkt“, da die Verdrehung der Bildaufnahmeeinrichtung um die fünfte Rotationsachse unabhängig von der Lagereinrichtung ist. Ein solcher potentiell störender Rotationsanteil ist bei den meisten ungewollten Bewegungen zumindest in geringem Maß vorhanden.
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Besonders von Vorteil ist die Vorrichtung dann, wenn die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse senkrecht aufeinander stehen und die fünfte Rotationsachse senkrecht zu einer durch die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse aufgespannten Ebene orientiert ist, wobei vorzugsweise die erste Rotationsachse, die zweite Rotationsachse und die fünfte Rotationsachse sich in einem Schnittpunkt schneiden. Diese Anordnung beschreibt ein typisches Achsenkreuz, wobei die Orientierung der Achsen zueinander im rechten Winkel besonders geeignet ist, damit das System hinsichtlich der drei räumlichen rotatorischen Freiheitsgerade maximal unabhängig ist, da die Orientierung der Rotationsachsen den Freiheitsgraden entspricht. Das heißt, dass eine gegenseitige Verdrehung beispielsweise um die vertikale Achse („Gierachse“) unabhängig von der Rotation um die weiteren beiden Rotationsachsen möglich ist.
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Dies wirkt sich vor allem dann besonders vorteilhaft aus, wenn darüber hinaus die erste Rotationsachse und die dritte Rotationsachse in etwa parallel zu einer optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung ausgerichtet sind. Mithin sind die zweite und die vierte Rotationsachse, die jeweils senkrecht auf der ersten beziehungsweise dritten Rotationsachse stehen, ebenfalls parallel, wobei jeweils die erste und die zweite sowie die dritte und die vierte Rotationsachse horizontal angeordnet sind. Die zweite und die vierte Rotationsachse sind mithin quer zu der optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung orientiert. Das heißt, dass es sich bei der ersten und der dritten Rotationsachse um so genannte „Rollachsen“ handelt, während die zweite und die vierte Rotationsachse so genannte „Nickachsen“ sind. Die senkrecht zu diesen Achsen ausgebildete vertikale fünfte Rotationsachse ermöglicht – wie oben beschrieben – schließlich ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung und bildet entsprechend die so genannte „Gierachse“.
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Hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung der bislang lediglich geometrisch beschriebenen Rotationsachsen ist es besonders von Vorteil, wenn die Vorrichtung sowohl eine erste Gelenkeinrichtung, die eine relative Verdrehung der Lagereinrichtung gegenüber dem Verbindungsteil mindestens um die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse ermöglicht als auch eine zweite Gelenkeinrichtung aufweist, die eine relative Verdrehung des Verbindungsteils gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung mindestens um die dritte Rotationsachse und die vierte Rotationsachse ermöglicht, wobei vorzugsweise die erste Gelenkeinrichtung und/oder die zweite Gelenkeinrichtung als Kreuzgelenke ausgeführt sind, wobei weiter vorzugsweise die erste Gelenkeinrichtung eine relative Verdrehung der Lagereinrichtung gegenüber dem Verbindungsteil um eine fünfte Rotationsachse, die senkrecht zu einer von der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse aufgespannten Ebene orientiert ist, ermöglicht. Besonders einfach ist beispielsweise die Ausbildung der rotatorischen Freiheitsgrade mittels Kardangelenken, wobei das gesamte Kardangelenk beispielsweise um eine senkrechte Achse verdrehbar in einem anschließenden Bauteil gelagert sein könnte. Auf diese Weise wären drei unabhängige rotatorische Freiheitsgrade in einer kompakten Gelenkeinrichtung realisiert. Alternativ kann der rotatorische Freiheitsgrad um die Vertikale auch direkt in dem Kardangelenk mit ausgeführt werden.
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Eine besonders zu bevorzugende Vorrichtung ist durch eine Pendeleinrichtung gekennzeichnet, die an das Verbindungsteil angeschlossen ist, wobei die Pendeleinrichtung und das Verbindungsteil mittels der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die Pendeleinrichtung vorzugsweise in gegenüberliebenden Endabschnitten zum einen die Bildaufnahmeeinrichtung und zum anderen eine Ausgleichsmasse aufweist, deren Masse weiter vorzugsweise in etwa einer Masse der Bildaufnahmeeinrichtung entspricht, jedoch nicht identisch ist. Dies bietet den Vorteil, dass durch eine Massendifferenz der Bildaufnahmeeinrichtung und der Ausgleichsmasse stets eines der beiden Teile ein größeres Drehmoment um die jeweilige Lagerachse erzeugt und sich die Pendeleinrichtung auf diese Weise stets zu einer Ruhestellung hin auspendelt. Dabei ist es grundsätzlich irrelevant, ob die Bildaufnahmeeinrichtung oder die Ausgleichsmasse schwerer als das jeweils andere Teil ist. Dies beeinflusst lediglich, ob bei einer in ihrer Ruhestellung befindlichen Pendeleinrichtung sich die Bildaufnahmeeinrichtung „unten“ oder „oben“ an der Pendeleinrichtung befindet. Mittels einer solchen Pendeleinrichtung ist es besonders einfach, die Bildaufnahmeeinrichtung stabil an der Vorrichtung zu lagern.
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Dies liegt insbesondere darin begründet, dass mittels der Pendeleinrichtung eine automatische Senkrecht-Stellung der Bildaufnahmeeinrichtung erreicht werden kann. Die Pendeleinrichtung ist dazu geeignet, die Bildaufnahmeeinrichtung entgegen darauf einwirkender störender Beschleunigungen abzubremsen und möglichst schnell in einen Ruhezustand zu überführen, in der die Bildaufnahmeeinrichtung in Ruhe ist. Dies gelingt mittels der auf die Pendeleinrichtung wirkenden Gravitationskraft, die die gesamte Masse der Pendeleinrichtung, das heißt die Ausgleichsmasse, die Bildaufnahmeeinrichtung sowie das Eigengewicht der übrigen Teile beschleunigt und dabei eine „Bremswirkung“ hervorruft. Ferner kann die Pendeleinrichtung mittels einer bestimmten Eigenmasse gleichzeitig eine hohe Massenträgheit bewirken, die ein unerwünschtes „Ausschlagen“ oder Auspendeln der Bildaufnahmeeinrichtung aus deren Ruheposition, von vornherein vermindert. Die in etwa gleiche Massenverteilung zwischen Bildaufnahmeeinrichtung und Ausgleichsmasse hat den Vorteil, dass bei einer seitlichen Bewegung der gesamten Vorrichtung beide Endabschnitte der Pendeleinrichtung in etwa gleich „träge“ reagieren und keine ungewollte Verdrehung auftritt.
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Besonders vorteilhaft ist eine solche Pendeleinrichtung, bei der eine Masse der Ausgleichsmasse veränderbar ist, vorzugsweise einzelne Massenteile zerstörungsfrei an der Ausgleichsmasse montierbar beziehungsweise von dieser demontierbar sind. Auf diese Weise kann die Ausgleichsmasse an unterschiedliche Bildaufnahmeeinrichtungen angepasst werden, so dass generell die Möglichkeit besteht, die jeweils verwendete Bildaufnahmeeinrichtung zu tauschen.
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In einer sinnvollen Ausführung der Pendeleinrichtung ist selbige aus einem lang gestreckten starren Pendelstab gebildet, der in einer Ruhestellung der Vorrichtung, in der keine Störkräfte auf die Vorrichtung wirken, vorzugsweise in etwa vertikal orientiert ist, wobei weiter vorzugsweise die Bildaufnahmeeinrichtung in einem unteren Endabschnitt und die Ausgleichsmasse in einem oberen Endabschnitt der Pendeleinrichtung angeordnet sind. Der Pendelstab der Pendeleinrichtung sollte ferner möglichst mit dessen mittlerem Bereich an dem Verbindungsteil angeordnet sein, wobei aufgrund des Verhältnisses der jeweiligen Massen zu deren Abstand von einer Befestigungsstelle des Pendelstabs an dem Verbindungsteil die Pendeleinrichtung sich im Schwerefeld der Erde selbst senkrecht ausrichtet, so dass die Bildaufnahmeeinrichtung und die Ausgleichmasse typischerweise senkrecht übereinander angeordnet sind.
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Optimalerweise weist die Ausgleichsmasse mindestens zwei lang gestreckte Trägerteile auf, die in einer Ruhestellung der Vorrichtung, in der keine Störkräfte auf die Vorrichtung wirken, in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und vorzugsweise senkrecht zueinander orientiert sind, wobei jedes Trägerteil einzelne Massenteile aufweist, die entlang einer Längsachse des jeweiligen Trägerteils beweglich sind, wobei weiter vorzugsweise jedes Trägerteil zwei Massenteile aufweist, die an sich gegenüberliegenden Endabschnitten des jeweiligen Trägerteils angeordnet sind. Eine solche Ausgleichsmasse ermöglicht es besonders einfach, eine Massenverteilung der Ausgleichsmasse anzupassen, wobei durch ein Bewegen der Massenteile entlang der Trägerteile jeweils ein Hebelarm zu einem Schwerpunkt der Pendeleinrichtung veränderbar ist. Dies bewirkt, dass die Pendeleinrichtung in deren Ruhestellung eine jeweils andere Ausrichtung im Schwerefeld der Erde annimmt. Folglich kann durch die Bewegung der Massenteile eine Feinjustierung der Pendeleinrichtung vorgenommen werden, die dann beispielsweise auch an unterschiedliche Bildaufnahmeeinrichtungen angepasst werden kann.
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Mittels der senkrecht zueinander orientierten Trägerteile ist es besonders leicht, die oben beschriebene Anpassung vorzunehmen. Insbesondere können die Massenteile ohne weiteres in ihrer Position verschoben werden, wobei mittels der beschriebenen „kreuzweisen“ Ausführung der Trägerteile eine Anpassung der Massenverteilung relativ zu der dritten und der vierten Rotationsachse besonders einfach möglich ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine lang gestreckte Halteeinrichtung auf, die mit einem Endabschnitt der Lagereinrichtung verbunden ist, wobei die Halteeinrichtung vorzugsweise teleskopartig ausfahrbar ausgebildet ist, weiter vorzugsweise eine Angel ist. Mittels einer solchen Halteeinrichtung kann die Bildaufnahmeeinrichtung besonders einfach und zügig an schwer erreichbare Punkte geführt werden, die nach dem Stand der Technik typischerweise lediglich mittels eines Kamerakrans erreichbar sind. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinrichtung mehrere Meter über dem Boden geführt werden oder über Abgründe schweben, die ansonsten nicht erreichbar wären. Ein direkter Zugriff auf die Bildaufnahmeeinrichtung und deren Bewegungen, Schwingungen und dergleichen ist dem Kameramann dabei zwar verwährt, aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung ist dies für ein „stabiles“ beziehungsweise ruhiges Kamerabild allerdings nicht notwendig für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis.
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Eine besonders steife Ausführung der Halteeinrichtung ist nicht erforderlich, um die Bildaufnahmeeinrichtung ruhig zu halten. Im Gegenteil kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Halteeinrichtung eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit aufweist, die eine Verformung bereits bei mittleren äußeren Störkräften erlaubt, wobei mittels dieser Verformung der Halteeinrichtung bereits ein erster Dämpfungseffekt erwirkt wird, der die Bildaufnahmeeinrichtung von einer Halterung entkoppelt. Somit ist es beispielsweise gewährleistet, dass selbst bei einer „wackligen“ Führung der Halteeinrichtung durch den Kameramann die von diesem erzeugte Vibration lediglich in abgeschwächter Form an die Lagereinrichtung übergeben wird und schließlich mittels der rotatorischen Lagerung des Verbindungsteils sowie der Bildaufnahmeeinrichtung restliche Störeinflüsse gefiltert werden. Das mittels der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugte Bild bleibt im Ergebnis wunschgemäß stabil und ruhig.
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Um den vorstehend beschriebenen Effekt der dämpfenden Lagerung entweder in Kombination mit einer vorstehend beschriebenen Halteeinrichtung noch zu verbessern oder beispielsweise im Zuge einer Aufhängung der gesamten Vorrichtung an einem Bauteil zu bewirken, wird vorgeschlagen, die Lagereinrichtung an eine biegeelastische Aufhängeeinrichtung anzuschließen, wobei mittels der Aufhängeeinrichtung die Lagerkräfte der Lagereinrichtung aufnehmbar sind. Der dämpfende Effekt der elastischen Lagerung der Vorrichtung, der eine Übertragung ungewünschter Vibrationen und Bewegungen dämpft, ist hier vergleichbar zu der oben geschriebenen verhältnismäßig „weichen“ Halteeinrichtung, beispielsweise in Form einer Angel. Somit ist die Aufhängeeinrichtung aufgrund ihrer geringen Steifigkeit nicht geeignet, Kräfte verlustfrei zu übertragen, wobei ebendieser Effekt zu der erwünschten „Dämpfung“ beiträgt.
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Versuche haben zeigen können, dass ein Abstand zwischen dem Schnittpunkt der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse und einem der Lagereinrichtung abgewandten Ende der Aufhängeeinrichtung in etwa doppelt so groß sein sollte, wie ein Abstand zwischen dem Schnittpunkt der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse sowie dem Schnittpunkt der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse. Bei einer solchen Ausgestaltung der geometrischen Verhältnisse konnte eine besonders effektive Dämpfung der Störeinflüsse zwischen der Aufhängeeinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung beobachtet werden.
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Wie vorstehend bereits angedeutet, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufhängeeinrichtung mit ihrem der Lagereinrichtung abgewandten Endabschnitt an einem Endabschnitt einer lang gestreckten Halteeinrichtung, vorzugsweise einer teleskopartig ausfahrbaren Halteeinrichtung, weiter vorzugsweise einer Angel, angeordnet ist. Die Kombination aus der biegeelastischen Aufhängeeinrichtung mit der Halteeinrichtung ist zum Ausgleich ungewünschter Störeinflüsse besonders gut geeignet.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das starre Verbindungsteil von einem geschlossenen starren Rahmen gebildet. Ein solcher Rahmen weist grundsätzlich eine höhere Steifigkeit auf, als ein aus vergleichbaren Profilquerschnitten hergestellter „offene“ Bügel, der grundsätzlich ebenso denkbar wäre. Die geschlossene Ausführung erlaubt einen inneren Kräfteausgleich innerhalb des Verbindungsteils, der die versteifende Wirkung hervorruft. Außerdem ist ein Rahmen typischerweise symmetrisch aufgebaut, was im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Massenverteilung besonders günstig ist. Die gleichmäßige Massenverteilung ist bezüglich einer ausgleichenden, Störkräfte dämpfenden Schwingung besonders von Vorteil.
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Um eine gesteigerte Steuerbarkeit der Anwendung zu erreichen, ist eine solche Vorrichtung besonders von Vorteil, die eine Antriebseinrichtung aufweist, mittels derer eine relative Verdrehung der Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber der Lagereinrichtung um die dritte Rotationsachse und/oder vierte Rotationsachse und/oder eine fünfte Rotationsachse, die nichtparallel zu einer von der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse und/oder einer von der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse aufgespannten Ebene orientiert ist, auslösbar ist. Mittels einer solchen Antriebseinrichtung kann der Kameramann gleichermaßen ein Nicken, Rollen und/oder ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung bewirken, wobei vorteilhafterweise ein Ansteuern der jeweiligen Antriebseinrichtung kontaktlos, beispielsweise über Funkt, erfolgt. Die Vorrichtung erlangt hierdurch eine gesteigerte praktische Einsetzbarkeit, da dem Kameramann eine bessere Kontrolle über die Bildaufnahmeeinrichtung und somit auch auf den mittels dieser erzeugten Film ermöglicht.
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Als eine besonders geeignete Ausführungsform für die Antriebseinrichtung wird mindestens ein Propeller, vorzugsweise ein Propellerpaar, vorgeschlagen, wobei eine Strömungsrichtung des Propellers, die senkrecht auf einer durch eine von Rotorblättern des Propellers aufgespannten Ebene steht, weder parallel zu der Rotationsachse beziehungsweise den Rotationsachsen ausgerichtet ist, um die er eine relative Verdrehung der Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber der Lagereinrichtung auslöst, noch einen Schnittpunkt mit dieser beziehungsweise diesen aufweist. Das heißt, dass eine Wirkungslinie einer mittels des mindestens einen Propellers erzeugten Antriebskraft dazu geeignet ist, ein Drehmoment um die jeweilige Achse zu erzeugen, um die die Bildaufnahmeeinrichtung verdreht werden soll.
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Die Verwendung eines Propellers ist insbesondere deshalb besonders sinnvoll, da der Propeller dessen Antriebswirkung durch die Interaktion mit der Luft erzeugt. Dies führt dazu, dass die Antriebskraft, die der Propeller erzeugt, stetig von Null auf ein Maximum ansteigt beziehungsweise stetig von dem Maximum auf Null abfällt. Eine „sprungartige“ Kraftentwicklung der Art „keine Drehung – maximale Drehgeschwindigkeit – keine Drehung“, wie sie beispielsweise mittels eines direkten Motorantriebs erreicht werden könnte, liegt nicht vor. Letztere „abgehackte“ Antriebsart würde sich bei späterer Betrachtung einer filmischen Aufnahme durch plötzliche Bildbewegungen bemerkbar machen, die dem Betrachter unangenehm auffallen würden. Mittels des Propellers beziehungsweise des Propellerpaares ist hingegen sowohl ein so genanntes „ease in“ als auch ein so genanntes „ease out“ erzeugbar, das fließende Übergänge zwischen einem Stillstand der Bildaufnahmeeinrichtung und deren Bewegung/Rotation beschreibt.
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Alternativ zum Propellerantrieb ist es gleichermaßen denkbar, dass die Antriebseinrichtung von einem Rückstoßantrieb gebildet ist, der mittels einer Beschleunigung einer Masse in Richtung einer Geraden, die weder parallel zu der Rotationsachse beziehungsweise den Rotationsachsen ausgerichtet ist, um die sie eine relative Verdrehung der Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber der Lagereinrichtung auslöst, noch einen Schnittpunkt mit dieser beziehungsweise diesen aufweist, eine Rotation um die Rotationsachse beziehungsweise die Rotationsachsen bewirkt. Auch dieser Antrieb führt zu einer „fließenden“ Rotation um die jeweilige Rotationsachse. Das Antriebsprinzip beruht auf dem Impulserhaltungssatz, der besagt, dass der Gesamtimpuls eines geschlossenen Systems konstant ist. Praktisch bedeutet dies, dass durch eine Einwirkung einer Kraft – beispielsweise aus einem elektrischen Antrieb – auf eine Masse eine entsprechende Gegenreaktion auf das angeschlossene System ausgelöst wird. Ist das System in „Gegenrichtung“ zur Wirkungsrichtung der Kraft auf die Masse nicht fest gelagert, wird es in Bewegung versetzt. Ebendieser Effekt wird mittels des Rückstoßantriebs erreicht, wobei die gewünschte Bewegung um die jeweils gewünschte Rotationsachse erzeugt wird. Ein abruptes „Anfahren“ und Bremsen der Bewegungen der Bildaufnahmeeinrichtung tritt auch bei Verwendung einer solchen Antriebseinrichtung – ähnlich zum oben beschriebenen Propeller – nicht auf, so dass der mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgezeichnete Film stets fließende Bewegungen zeigt („ease in/out“).
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Hinsichtlich einer Steuerung einer Kipp- und oder Rollbewegung der Bildaufnahmeeinrichtung um die dritte und/oder die vierte Rotatonsachse ist es ebenso denkbar, dass an der Ausgleichsmasse der Pendeleinrichtung ein Massenelement vorgesehen wird, welches ausgehend von einem Schwereachse der Pendeleinrichtung, die durch den Pendelstab derselben verläuft, beispielsweise parallel zu der dritten und/oder der vierten Rotationsachse aus der Schwereachse heraus bewegt werden kann. Auf diese Weise würde die Ausgleichsmasse, die typischerweise eine Senkrecht-Stellung der Bildaufnahmeeinrichtung bewirken soll, „vorsätzlich“ in ihrer Massenverteilung so verändert, dass die Pendeleinrichtung in Richtung einer jeweils gewünschten Rotationsachse „ausschlägt“ und auf diese Weise ein Kippen beziehungsweise ein Rollen der Bildaufnahmeeinrichtung hervorruft. Diese Form der Beeinflussung der Ausrichtung der optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung ist besonders einfach umsetzbar. Die Bewegung des Massenelements kann mittels eines Linearantriebs beispielsweise in Form eines Spindelantriebs erfolgen, der vorteilhafterweise fernsteuerbar ausgeführt ist.
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Alternativ zu den hier beschriebenen Antriebseinrichtungen sind selbstverständlich auch sämtliche weiteren Arten von Antriebseinrichtungen denkbar, die den gewünschten Erfolg der „erzwungenen Rotation“ hervorzubringen geeignet sind. Als weiteres Beispiel sei hier ein Elektromotor genannt, der eine gegenseitige Verdrehung aneinander grenzender Bauteile aktiv bewirken kann, wobei der beschriebene Effekt des „ease in“ beziehungsweise „ease out“ ebenso gut mittels einer Reibkupplung erreicht werden kann.
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Für den praktischen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, die Antriebseinrichtung dafür zu nutzen, ungewünschte Bewegungen einzelner Teile – insbesondere der Bildaufnahmeeinrichtung – aktiv auszugleichen. Somit kann das „Auslösen“ einer relativen Verdrehung der einzelnen Bauteile der Vorrichtung gegeneinander im Sinne der vorstehend Formulierung nicht nur darin bestehen, dass ein in Ruhe befindliches System angetrieben und dadurch verdreht beziehungsweise verschwenkt wird. Darüber hinaus ist die Antriebseinrichtung nämlich optimalerweise ebenso geeignet, bereits vorliegende Bewegungen der Vorrichtung beziehungsweise ihrer Einzelteile, beispielsweise durch Wind hervorgerufene Bewegungen, „aufzuheben“, also genau umgekehrt zu arbeiten. Dies kann zum einen manuell durch einen Anwender der Vorrichtung geschehen. Zum anderen ist eine besonders vorteilhafte automatisierte Steuerung denkbar, die in Abhängigkeit von Beschleunigungen und Geschwindigkeiten beispielsweise der Bildaufnahmeeinrichtung automatisch „Gegenmaßnahmen“ einleitet, die eine unerwünschte Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest abschwächen, optimalerweise sogar unterbinden. Diese Gegenmaßnahmen bestehen dabei sinnvoller Weise in der Aktivierung der vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtungen. Somit könnte beispielsweise einer unerwünschten Nickbewegung der Pendeleinrichtung mittels einer entsprechenden Aktivierung eines Propellerantriebs entgegengewirkt werden.
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Ein Signal zur Aktivierung bekommt die Antriebseinrichtung in einer solchen Konstellation vorteilhafterweise von einem Datenverarbeitungsmodul, mittels dessen Messdaten, die mittels einzelner Messelemente (beispielsweise Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren und Gravitationssensoren) erfasst werden, interpretiert und in Befehle umsetzbar sind, die eine je nach Beanspruchungssituation geeignete Aktivierung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen veranlassen können. Im Ergebnis kann auf diese Weise eine Ausrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung vollautomatisiert stabilisiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Dämpfermodul vorgesehen, mittels dessen eine vertikale Bewegung der Lagereinrichtung von einer vertikalen Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest teilweise entkoppelbar ist, wobei das Dämpfermodul mindestens ein vertikal orientiertes Führungselement aufweist, entlang dessen die Bildaufnahmeeinrichtung beziehungsweise ein die Bildaufnahmeeinrichtung tragendes Bauteil vertikal beweglich gelagert ist. Mittels eines solchen Dämpfermoduls sind neben horizontalen Bewegungen der Lagereinrichtung auch solche Bewegungen derselben von der Bildaufnahmeeinrichtung kinematisch entkoppelt, die vertikal orientiert sind. Ungewollte vertikal wirkende Störeinflüsse können auf diese Weise gefiltert werden und wirken sich nicht negativ auf die Qualität der mittels der Bildaufnahmeeinrichtung getätigten Aufnahme aus.
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In einer weiter vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese mit einem Datensender versehen, mittels dessen mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bilddaten an eine Anzeigeeinrichtung übertragbar sind, wobei mittels der Anzeigeeinrichtung eine Ausrichtung einer optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung von einem Anwender der Vorrichtung kontrollierbar ist, wobei der Datensender die Bilddaten vorzugsweise kabellos an die Anzeigeeinrichtung überträgt. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, da der Kameramann besonders einfach auf einer mit dem Datensender kommunizierenden Anzeigeeinrichtung (beispielsweise ein Smartphone) den Sichtbereich der Bildaufnahmeeinrichtung verfolgen kann und somit seine Aufnahme steuern und kontrollieren kann. Der Datensender ersetzt in Kombination mit einer Anzeigeeinrichtung demzufolge einen Sucher einer üblichen Kamera.
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Eine weiter vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Verzögerungseinrichtung vor, mittels derer eine relative Verdrehung der Lagereinrichtung gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung um eine fünfte Rotationsachse, die nicht-parallel zu einer von der ersten Rotationsachse und der zweiten Rotationsachse und/oder einer von der dritten Rotationsachse und der vierten Rotationsachse aufgespannten Ebene orientiert ist, bremsbar ist. Auf diese Weise kann ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung besonders einfach kontrolliert werden. Insbesondere können ungewollte Verdrehungen der Bildaufnahmeeinrichtung relativ zu der Lagereinrichtung, die beispielsweise durch äußere Einflüsse wie Wind hervorgerufen werden könnten, unterbunden werden.
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Die Kontrolle über die Bildaufnahmeeinrichtung kann ferner dadurch verbessert werden, dass die Bildaufnahmeeinrichtung und die Pendeleinrichtung um mindestens eine sechste Rotationsachse, vorzugsweise ferner um eine siebte Rotationsachse, die nicht-parallel zu der sechsten Rotationsachse orientiert ist, weiter vorzugsweise ferner um eine achte Rotationsachse, die nicht-parallel sowohl zu der sechsten Rotationsachse als auch zu der siebten Rotationsachse orientiert ist und nicht in einer von der sechsten Rotationsachse und der siebten Rotationsachse gebildeten Ebene angeordnet ist, relativ zueinander verdrehbar sind, wobei noch weiter vorzugsweise diese Rotationsachse beziehungsweise diese Rotationsachsen einen Schwerpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung schneiden. Mittels einer solchen Vorrichtung kann die Bildaufnahmeeinrichtung beziehungsweise deren optische Achse unabhängig von einer Bewegung der restlichen Vorrichtung ausgerichtet werden. Somit ist es beispielsweise möglich, die Vorrichtung zwar vollständig still zu halten, dem Kameramann jedoch trotzdem die Möglichkeit einzuräumen, das mittels der Bildaufnahme aufgenommene Bild zu verändern, indem er die Bildaufnahmeeinrichtung relativ zur still stehenden Pendeleinrichtung bewegt beziehungsweise verdreht.
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Diese Möglichkeit der Ausrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung kann sowohl „fest“, das heißt einmalig vor Beginn eines Aufnahmezyklus, als auch „flexibel“, das heißt ständig veränderbar (beispielsweise ferngesteuert) mittels einzelner Antriebseinheiten realisiert werden. Diese Funktionalität ermöglicht dem Anwender der Vorrichtung maximale Freiheit bei der Gestaltung einer Einstellung beziehungsweise einer Aufnahme, da die optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung bewegt werden kann, ohne dass sich andere Bauteile der Vorrichtung außer der Bildaufnahmeeinrichtung selbst bewegen müssen.
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Sollte die mindestens eine Rotationsachse beziehungsweise die Rotationsachse dabei durch den Schwerpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung laufen, würde eine Verdrehung derselben das „ausgependelte“ Gleichgewicht der Pendeleinrichtung nicht verändern, so dass die Vorrichtung als Ganze weiterhin in Ruhe bleiben würde. Dies ist besonders von Vorteil, da dem Kameramann auf diese Weise die Möglichkeit gegeben wird, Anpassungen vorzunehmen, ohne ungewollte Bewegungen des Bildes hervorzurufen.
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Außerdem kann es von besonderem Vorteil sein, wenn zumindest die Bildaufnahmeeinrichtung, vorzugsweise sowohl die Bildaufnahmeeinrichtung als auch das starre Verbindungsteil, von einem Hüllkörper zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umschlossen sind, wobei der Hüllkörper vorzugsweise starr mit der Lagereinrichtung verbunden ist. Ein solcher Hüllkörper eignet sich insbesondere dazu, die Bildaufnahmeeinrichtung – beziehungsweise ferner benachbarte Bauteile – von äußeren Einflüssen wie Wind und dergleichen zu isolieren. Ein direkter Einfluss auf die Bildaufnahmeeinrichtung und deren Bewegung kann auf diese Weise vermieden werden. Dabei kann es notwendig sein, dass der Hüllkörper lediglich teilweise um die Bildaufnahmeeinrichtung herum angeordnet ist, so dass der Hüllkörper auf dem mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bild nicht sichtbar ist. Hinsichtlich der abschirmenden Wirkung eines solchen Hüllkörpers wäre allerdings eine vollständig geschlossene Variante zu bevorzugen.
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Ausführungsbeispiele
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2: wie 1, jedoch mit einer aus einem Propellerpaar gebildeten Antriebseinrichtung,
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3: wie 1, jedoch mit mehreren jeweils aus Rückstoßantrieben gebildeten Antriebseinrichtungen,
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4: wie 1, jedoch mit einem Dämpfermodul,
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5: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Datensender und einer Anzeigeeinrichtung,
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6: Ein Detail eines Gierlagers mit einer Verzögerungseinrichtung zwischen einer Lagereinrichtung und einem Verbindungsteil und
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7: Ein Detail einer Gelenkeinrichtung, an der das Verbindungsteil und eine Pendeleinrichtung aneinander gekoppelt sind.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Lagereinrichtung 2, ein Verbindungsteil 3 und eine Bildaufnahmeeinrichtung 4 auf, wobei das Verbindungsteil 3 von einem starren Rahmen 5 gebildet ist und die Bildaufnahmeeinrichtung 4 an einer Pendeleinrichtung 6 angeordnet ist, wobei die Pendeleinrichtung 6 neben der Bildaufnahmeeinrichtung 4 ferner eine Ausgleichsmasse 7 aufweist.
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Die Lagereinrichtung 2 ist auf einer dem Verbindungsteil 3 abgewandten Seite mit einer biegeelastischen Aufhängeeinrichtung 8 verbunden, die hier von einem Hohlschlauch gebildet ist, der aus einer Metallspirale mit einem Kunststoffmantel besteht. Eine solche Aufhängeeinrichtung 8 weist insbesondere die vorteilhafte Eigenschaft auf, bei einer geringen Biegesteifigkeit trotzdem eine hohe Torsionssteifigkeit aufzuweisen, also nur schwerlich eine Rotation um dessen eigene Längsachse zuzulassen. Auf diese Weise kann eine unkontrollierte Drehung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 vermieden werden.
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Die Aufhängeeinrichtung 8 ist wiederum an einem Endabschnitt 9 einer biegesteifen Halteeinrichtung 10 angeordnet, die in 1 lediglich teilweise gezeigt ist. Um eine Krümmung der biegelastischen Aufhängeeinrichtung 8 auf ein maximales Maß zu begrenzen, ist an einer Knickstelle 11, die direkt an die biegesteife Halteeinrichtung 10 anschließt, ein Federelement 12 angeordnet, das einen Krümmungsradius der Aufhängeeinrichtung 8 begrenzt. Auf diese Weise können ansonsten auf Dauer auftretende Schäden an der Aufhängeeinrichtung 8 unterbunden werden.
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Die Lagereinrichtung 2 ist mit dem Verbindungsteil 3 gekoppelt, wobei beide Teile um insgesamt drei Rotationsachsen X1, Y1 und Z1 relativ zueinander verdrehbar sind. Die erste Rotationsachse X1 und die zweite Rotationsachse Y1 sind in einer Gelenkeinrichtung 13 in Form eines Kreuzgelenks ausgeführt, wobei beide Rotationsachsen X1, Y1 in etwa horizontal orientiert sind, senkrecht aufeinander stehen und sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt 14 schneiden. Die Rotationsachsen X1 und Y1 spannen gemeinsam eine in etwa horizontal orientierte Ebene auf. Die Rotationsachse Z1 ist senkrecht zu dieser Ebene und folglich in etwa vertikal orientiert. Eine gegenseitige Verdrehung der Lagereinrichtung 2 gegen das Verbindungsteil 3 um die Rotationsachse Z1 ist in einem so genannten Gierlager 15 konstruktiv umgesetzt, das vertikal unterhalb der Gelenkeinrichtung 13 angeordnet ist. Die Rotationsachse Z1 verläuft durch den Schnittpunkt 14 der Rotationsachsen X1 und Y1. Die Rotationsachsen X1, Y1 und Z1 stellen jeweils einen Freiheitsgrad des Verbindungsteils 3 dar. Das heißt, dass das Verbindungsteil 3 mitsamt der daran angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung 4 um die Rotationsachsen X1, Y1 und Z1 gegen die Lagereinrichtung frei verdrehbar ist.
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Die Lagereinrichtung 2 und das Verbindungsteil 3 sind lösbar miteinander verbunden. Hierzu ist das Gierlager 15 zweiteilig ausgeführt und weist ein oberes Gehäuseteil 16 und ein unteres Gehäuseteil 17 auf. Beide Gehäuseteile 16, 17 sind mittels eines Bolzens 18, der in korrespondierende Ausnehmungen beider Gehäuseteile 16, 17 einführbar ist, formschlüssig miteinander verbunden, wobei der Bolzen 18 mittels zweier Sicherungsstifte 23 an einem Herausrutschen aus dem Gierlager 15 gehindert ist. Ein Detail des Gierlagers 15 ist 6 dieser Anmeldung entnehmbar.
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Das Verbindungsteil 3 ist – wie oben beschrieben – hier als geschlossener starrer Rahmen 5 ausgeführt. Die geschlossene Ausführung verhilft dem Verbindungsteil 3 zu einer gegenüber einer alternativ ebenso denkbaren geöffneten Ausführung zu einer erhöhten Steifigkeit. Insbesondere ist der geschlossene Rahmen 5 erheblich weniger anfällig gegenüber Verwindungen und Torsion, die eine ungewünschte Auslenkung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 hervorrufen könnten.
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An einer unteren Seite des Verbindungsteils 3 ist die Pendeleinrichtung 6 angeordnet. Eine Kopplung zwischen dem Verbindungsteil 3 und der Pendeleinrichtung 6 ist gelenkig ausgeführt, wobei die Pendeleinrichtung 6 um eine dritte Rotationsachse X2 und eine vierte Rotationsachse Y2 relativ zu dem Verbindungsteil 3 verdrehbar ist. Beide Rotationsachsen X2 und Y2 sind konstruktiv mittels einer weiteren Gelenkeinrichtung 19 in Form eines Kreuzgelenks umgesetzt, wobei die Rotationsachsen X2 und Y2 senkrecht aufeinander stehen, beide in etwa horizontal ausgerichtet sind und sich in einem Schnittpunkt 20 schneiden. Die Gelenkeinrichtung 19 ist in einem Detail in 7 der vorliegenden Anmeldung detailliert beschrieben.
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Die weiteren Rotationsachsen X2 und Y2 bewirken eine Entkoppelung der Pendeleinrichtung 6 mitsamt der daran angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung 4 von dem Verbindungsteil 3. Erfindungsgemäß hat dies zur Folge, dass die Bildaufnahmeeinrichtung 4 rotatorisch vollständig von der Lagereinrichtung 2 entkoppelt ist. Die Bedeutung für die Aufnahmequalität, die mittels einer solchen Vorrichtung 1 erreicht werden kann, wird nachfolgend anhand eines beispielhaften Bewegungsablaufs erläutert:
Die Lagereinrichtung 2 der Vorrichtung 1 soll sich in eine horizontale Richtung parallel zur zweiten Rotationsachse Y1 der Vorrichtung bewegen, beispielsweise aufgrund einer Führungsbewegung des Kameramanns, der die Bildaufnahmeeinrichtung 4 bewegen möchte. Aufgrund der durch die Rotationsachse Y1 bedingten Gelenkigkeit zwischen der Lagereinrichtung 2 und dem Verbindungsteil 3 wird letzteres gegen die Lagereinrichtung 2 um die erste Rotationsachse X1 verdrehen, da sowohl das Verbindungsteil 3 selbst als auch die daran angeordnete Pendeleinrichtung 6 mitsamt deren Anbauten eine nicht zu vernachlässigende Masse aufweist, die der angestrebten Bewegung ihre Massenträgheit entgegensetzt. Während also die Lagereinrichtung 2 bereits in horizontale Richtung bewegt wird, verbleibt die Bildaufnahmeeinrichtung 4 im ersten Moment an Ort und Stelle und das Verbindungsteil 3 rotiert gegen die Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse X1. Bei dieser Bewegung wird allerdings eine obere Seite des Verbindungsteils 3, an dem selbiges mit dem Gierlager 15 verbunden ist, in gleicher Weise translatorisch bewegt, wie das Verbindungsteil 2 selbst. Da die untere Seite des Verbindungsteils 3 aufgrund der Massenträgheit vorerst still stehen bleibt, kommt es zu einer Verdrehung des gesamten Rahmens 5 gegenüber der Lagereinrichtung 2.
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Wäre die Pendeleinrichtung 6 starr beziehungsweise biegesteif an das Verbindungsteil 3 angeschlossen, würde erstere sich um denselben Winkel gegen die Lagereinrichtung 2 verdrehen, wie es auch das Verbindungsteil 3 tut. Infolge dieser Verdrehung würde auch die Bildaufnahmeeinrichtung 4 verdreht werden, was schlussendlich eine unerwünschte Verdrehung des mittels der Bildaufnahmeeinrichtung 4 aufgenommenen Bildes zur Folge hätte.
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Erfindungsgemäß ist die Pendeleinrichtung 6 allerdings mittels der Gelenkeinrichtung 19 von dem Verbindungsteil 3 entkoppelt, so dass beide Teile gegeneinander verdrehen können. Dies ist im gezeigten Beispiel besonders einfach möglich, da die dritte Rotationsachse X2 parallel zur ersten Rotationsachse X1 angeordnet ist. Das heißt, dass bei der beschriebenen Verdrehung des Verbindungsteils 3 die Pendeleinrichtung 6 mitsamt der Bildaufnahmeeinrichtung 4 nicht rotieren wird beziehungsweise die Rotation des Verbindungsteils 3 nicht „mitmachen“ wird. Eine translatorische Bewegung des Verbindungsteils 3, die aus der Bewegung der Lagereinrichtung 2 resultiert, wird die Pendeleinrichtung 6 hingegen ebenso erfahren, wobei es schließlich zu der gewünschten Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 kommt, die ohne jegliche Rotation derselben einhergeht. Letzterer gewünschter Effekt der „stabilen Führung“, das heißt der rotations- und ruckelfreien Führung der Bildaufnahmeeinrichtung wird demgemäß mittels der dritten und/oder der vierten Rotationsachse X2, Y2 realisiert (hier im Beispiel mittels der Rotationsachse X2).
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Die Pendeleinrichtung 6 der Vorrichtung 1 weist einen lang gestreckten Pendelstab 21 auf, an dessen unterem Endabschnitt ein Haltebügel 22 angeordnet ist, mittels dessen die Bildaufnahmeeinrichtung 4 gehalten ist. An einem oberen Endabschnitt des Pendelstabs 21 ist die Ausgleichsmasse 7 angeordnet, deren Masse geringfügig unterhalb derer der Bildaufnahmeeinrichtung 4 liegt. Der Pendelstab 21 ist in dessen Mittelbereich mit der Gelenkeinrichtung 19 verbunden. Die Ausgleichsmasse 7 weist fünf einzelne Massenteile 24 auf, von denen eines zentral in einer Verlängerung des Pendelstabs 21 angeordnet ist und die übrigen vier auf zwei Trägerteile 25 verteilt sind. Diese Trägerteile 25 sind ähnlich zu den Rotationsachsen X1, Y1, X2 und Y2 horizontal angeordnet und stehen senkrecht aufeinander. Die Massenteile 24 sind jeweils in Endabschnitten der Trägerteile 25 angeordnet und weisen jeweils einen gewissen horizontal gemessenen Abstand zu dem Pendelstab 21 und somit auch zu dem Schnittpunkt 20 der Rotationsachsen X2, Y2 auf. Das heißt, dass die Massenteile 24 einen Hebelarm relativ zu dem Schnittpunkt 20 aufweisen und im Schwerefeld der Erde, das heißt unter Wirkung der Gravitationskraft, ein Drehmoment um die Rotationsachsen X2, Y2 erzeugen. Weisen die Massenteile 24 auf den Trägerteilen 25 eine solche Stellung auf, in der sich die Momente der gegenüberliegenden Massenteile 24 genau aufheben, steht die Pendeleinrichtung 6 – und mit ihr auch die Bildaufnahmeeinrichtung 4, im Wesentlichen vertikal.
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Die beschriebene Differenz der Massen der Ausgleichsmasse 7 und der Bildaufnahmeeinrichtung 4 führt dazu, dass bei einer Schiefstellung des Pendelstabs 21 ein Rückstellmoment der Bildaufnahmeeinrichtung 4 dasjenige, dass durch die Ausgleichsmasse 7 bewirkt wird, übersteigt. Das führt zu dem Effekt, dass die Pendeleinrichtung 6 nach einer (ungewünschten) Auslenkung um eine oder beide Rotationsachsen X2, Y2 wieder in eine Ruhestellung pendelt, in der der Pendelstab 21 in etwa vertikal orientiert ist. Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Pendeleinrichtung 21 eine gewisse Mindestmasse aufweist, so dass diese eine ausreichende Massenträgheit aufweist. Diese ist hinsichtlich einer möglichst stabilen Lagerung zuträglich.
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Die Massenteile 24 der Ausgleichsmasse 7 sind beweglich an den Trägerteilen 25 angeordnet, so dass der Anwender der Vorrichtung besonders einfach die Pendeleinrichtung justieren und die oben beschriebenen Drehmomentenverhältnisse um die Rotationsachsen X2, Y2 einstellen kann. Außerdem ist eine Gesamtmasse der Ausgleichsmasse 7 besonders einfach änderbar, indem die Massenteile 24 der Ausgleichsmasse 7 aufgestockt beziehungsweise reduziert werden. Im gezeigten Beispiel ist dies besondere einfach möglich, da die Massenteile 24 aus einer Vielzahl kleiner Massenfragmente in Form von Scheiben zusammengesetzt sind, die jeweils einzeln ergänzt und/oder entfernt werden können. Auf diese Weise kann die Ausgleichsmasse 7 besonders komfortabel an unterschiedliche Bildaufnahmeeinrichtungen 4 angepasst werden.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 4 ist im gezeigten Beispiel ferner um drei weitere Rotationsachsen X3, Y3 und Z3 verdrehbar in dem Haltebügel 22 gelagert, wobei analog zu der Nomenklatur der übrigen Rotationsachsen X1, Y1, Z1, X2, Y2 die Rotationsachse X3 ein Rollen, die Rotationsachse Y3 ein Nicken und die Rotationsachse Z3 ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung 4 ermöglicht. Das besondere an diesen drei Rotationsachsen X3, Y3, Z3 ist, dass bei einer Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung 4 um diese Achsen ausschließlich die Bildaufnahmeeinrichtung 4 selbst bewegt wird, während die übrigen Bauteile der Vorrichtung 1 relativ dazu in Ruhe bleiben. Dies ist hier insbesondere dadurch gewährleistet, dass die Rotationsachsen X3, Y3 und Z3 sich in einem Schwerpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung 4 schneiden, so dass eine Rotation derselben keine Veränderung des Drehmomentengleichgewichts der Pendeleinrichtung und dadurch bedingt eine Bewegung hervorruft.
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Eine Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung 4 um die Rotationsachsen X3, Y3, Z3 erfolgt optimalerweise mittels fernsteuerbarer Antriebseinheiten, so dass die Möglichkeit zur Anpassung einer Ausrichtung einer optischen Achse 26 der Bildaufnahmeeinrichtung 4 fortwährend gegeben ist. Im gezeigten Beispiel ist hingegen lediglich die Möglichkeit einer diskreten Anpassung der Ausrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 um die Rotationsachsen X3, Y3, Z3 vorgesehen. Das heißt, dass bei einem Einsatz der Vorrichtung 1 der Anwender im Vorfeld eine gewünschte Einstellung vornimmt und anschließend, sobald die Bildaufnahmeeinrichtung 4 für ihn unerreichbar an einem ihm abgewandten Ende der Halteeinrichtung 10 gelagert ist, nicht ohne weiteres diese Einstellung verändern kann.
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Die Rotationsachsen X1, X2 und X3 sind parallel zueinander angeordnet. Gleiches gilt für die Rotationsachsen Y1, Y2 und Y3. Ferner sind beide Schnittpunkte 14, 21 sowie der Schwerpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung 4, an denen sich die jeweiligen Rotationsachsen X1 und Y1, X2 und Y2 sowie X3 und Y3 schneiden, in etwa vertikal übereinander angeordnet, das heißt die fünfte (optionale) Rotationsachse Z1 sowie die hierzu parallele Rotationsachse Z3 schneiden nicht nur wie oben beschrieben den Schnittpunkt 14 sondern optimalerweise ferner den Schnittpunkt 21 sowie den Schwerpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung 4. Zusätzlich zu den Rotationsachsen Z1 und Z3, die ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung 4 ermöglichen, könnte auch die Gelenkeinrichtung 19 einen zusätzlichen Freiheitsgrad in Form einer vertikalen Rotationsachse aufweisen (hierbei würde es sich um eine Rotationsachse Z2 handeln). Eine solche Ausführung ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel allerdings nicht gezeigt.
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Optimalerweise sind die Rotationsachsen X1, X2 und X3 parallel zu der optischen Achse 26 der Bildaufnahmeeinrichtung 4 angeordnet. Mithin entsprechen Rotationen insbesondere um die Achsen X2 und Y2 einem Nicken und einem Rollen der Bildaufnahmeeinrichtung 4, wobei eine Rotation um die Rotationsachse X2 (rollen) relativ zum Verbindungsteil 3 unabhängig von einer translatorischen Bewegung in Richtung der Rotationsachse X2 möglich ist und gleichermaßen eine Rotation um die Rotationsachse Y2 (nicken) relativ zum Verbindungsteil 3 unabhängig von einer translatorischen Bewegung in Richtung der Rotationsachse Y2 möglich ist.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in 2 dargestellt ist, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem Propellerpaar 27 ausgestattet. Das Propellerpaar 27 weist zwei einzelne Propeller 28 auf, die auf entgegen gesetzten Seiten des Pendelstabes 21 an der Gelenkeinrichtung 19 angeordnet sind. Die Propeller 28 sind drehsteif mit der Gelenkeinrichtung 19 verbunden, wobei die Propeller 28 lediglich um die Rotationsachse Y2 verdrehbar gegenüber dem Verbindungsteil 3 gelagert sind. Bezüglich der Rotationsachsen X2 und Z1 sind die Propeller 28 hingegen drehsteif an dem Verbindungsteil 3 angeordnet.
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Die Propeller 28 weisen jeweils eine Strömungsrichtung auf, die senkrecht zu einer aus Rotorblättern 29 des jeweiligen Propellers 28 gebildeten Ebene verlaufen. Ferner verlaufen die Strömungsrichtungen beider Propeller 28 senkrecht zur fünften Rotationsachse Z1 sowie zur vierten Rotationsachse Y2, wobei sie diese nicht schneiden. Diese Anordnung führt dazu, dass eine mittels der Propeller 28 erzeugte Vortriebskraft ein Drehmoment um diese Rotationsachsen Y2, Z1 bewirken kann, wodurch eine Verdrehung entweder des Verbindungsteils 3 relativ zur Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse Z1 oder der Pendeleinrichtung 6 relativ zum Verbindungsteil 3 um die Rotationsachse Y2 hervorgerufen werden kann.
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Welche Rotation im Einzelnen hervorgerufen wird, kann über die Vortriebsrichtung der beiden Propeller 28 gesteuert werden. Laufen beide Propeller 28 gleichsinnig – beispielsweise zur Erzeugung einer Vortriebskraft in Blickrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 – besteht bezüglich der Rotationsachse Z1 ein Momentengleichgewicht, da beide Propeller 28 einen identischen Abstand zur Rotationsachse Z1 aufweisen und ferner identische Vortriebskräfte erzeugen. Dies gilt allerdings nicht bezüglich der Rotationsachse Y2: beide Propeller 28 bewirken ein in gleiche Richtung wirkendes Drehmoment um die Rotationsachse Y2, so dass die Gelenkeinrichtung 19 mitsamt der darin gelagerten Pendeleinrichtung 6 um die Rotationsachse Y2 rotiert. Der Anwender kann auf diese Weise ein Nicken der Bildaufnahmeeinrichtung 4 bewirken. Laufen die Propeller hingegen Gegensinnig, ist die Situation genau umgekehrt: Bezüglich der Rotationsachse Y2 heben sich die mittels der Propeller 28 erzeugten Drehmomente genau auf, während sie sich bezüglich der Rotationsachse Z1 addieren. Auf diese Weise wird die Gelenkeinrichtung 19 mitsamt dem daran bezüglich der Rotationsachse Z1 drehsteif angeschlossenen Verbindungsteil 3 gegen die Lagereinrichtung 2 verdreht. Diese Drehung beschreibt ein Gieren der Bildaufnahmeeinrichtung 4.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 3 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 1 anstelle des Propellerpaares 27 mit insgesamt fünf Rückstoßantrieben 30 ausgestattet. Diese Rückstoßantriebe 30 weisen jeweils eine mittlere Drehachse 31 sowie einen äußeren Massenring 32 auf, wobei die Drehachse 31 und der Massenring 32 mittels Verbindungsstreben 33 miteinander verbunden sind. Die Drehachsen 31 sind mittels eines Antriebs, typischerweise mittels eines Elektromotors, antreibbar. Wird die Drehachse 31 eines Rückstoßantriebs 30 beschleunigt, bewirkt dies gleichermaßen eine Beschleunigung des jeweilig zugehörigen Massenrings 32. Gemäß dem Impulserhaltungssatz erzeugt diese Beschleunigung des Massenrings 32 eine entgegensetzte Beschleunigung, die auf die Drehachse 31 wirkt („actio = reactio“). Letztere ist fest mit einem jeweils angrenzenden Bauteil verbunden, so dass die Beschleunigung von der Drehachse 31 direkt auf dieses jeweilige Bauteil übertragen wird.
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Ist das Bauteil drehbar gelagert, resultiert die gegenläufige Beschleunigung zum Massenring 32 schließlich in einer Drehbewegung des jeweiligen Bauteils. Somit kann beispielsweise das Verbindungsteil 3 relativ zur Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse Z1 verdreht werden, indem der obere an dem Gierlager 15 angeordnete Rückstoßantrieb 30 verwendet wird. Die übrigen an der Gelenkeinrichtung 19 angeschlossenen Rückstoßantriebe 30 sind entsprechend geeignet, um eine Verdrehung der Pendeleinrichtung 6 relativ zu dem Verbindungsteil 3 um die Rotationsachsen X2 und Y2 zu bewirken.
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Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die in 4 dargestellt ist, zeigt ein Dämpfermodul 34, mittels dessen eine vertikale, zur Rotationsachse Z1 parallele Bewegung des Verbindungsteils 3 von einer vertikalen Bewegung der Pendeleinrichtung 6 zumindest teilweise entkoppelt ist. Das Dämpfermodul 34 weist zwei gegenüberliegende Führungselemente 55 auf, entlang derer Anschlussteile 35, die die Gelenkeinrichtung 19 mit dem Dämpfermodul 34 verbinden, vertikal verschieblich gelagert sind. Das Dämpfermodul 34 ist hier als hydraulischer Stoßdämpfer ausgeführt, wobei beide Führungselemente 55 jeweils eine entsprechende Kolben-Zylinder-Einheit 36 aufweisen, die einen Dämpfungseffekt erzeugt. Ferner weisen beide Führungselemente 55 jeweils zwei Federelemente 37 auf, die eine Rückstellkraft bereitstellen, so dass die Anschlussteile 35 nach einer Auslenkung in vertikale Richtung wieder in eine Ruheposition, die in 4 gezeigt ist, zurückkehren.
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Mittels der mit Hilfe eines solchen Dämpfermoduls 34 erzeugten Entkoppelung der Pendeleinrichtung 6 beziehungsweise der Bildaufnahmeeinrichtung 4 von der Lagereinrichtung 2 kann insbesondere eine „unruhige“ vertikale Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung 4 vermieden werden. Das Risiko eines störenden äußeren Einflusses auf die Bildaufnahmeeinrichtung 4, der einen negativen Einfluss auf die getätigte filmische Aufnahme hätte, kann somit weiter reduziert werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 1 in ihrer Gesamtheit erkennbar. Insbesondere ist die Halteeinrichtung 10, die hier in Form einer Angel ausgeführt ist, vollständig dargestellt. An einem dem Kameramann abgewandten Endabschnitt 9 der Halteeinrichtung 10 ist erst die biegeelastische Aufhängeeinrichtung 8 angeordnet, die wiederum mit der Lagereinrichtung 2 verbunden ist.
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An die Bildaufnahmeeinrichtung 4 ist ein nicht dargestellter Datensender angeschlossen, der dazu in der Lage ist, Bilddaten, die mittels der Bildaufnahmeeinrichtung 4 aufgenommen werden, an eine Anzeigeeinrichtung 38 zu senden, so dass diese dort angezeigt werden können. Diese Anzeigeeinrichtung 38 ist vorteilhafterweise in einem dem Kameramann zugewandten Endabschnitt 39 der Halteeinrichtung 10 montiert, so dass sich der Kameramann ohne weiteres einen Eindruck davon verschaffen kann, wie die optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung 4 aktuell ausgerichtet ist und wie entsprechend das spätere Bildmaterial aussehen wird. Mittels dieser Kontrollmöglichkeit ist ein erheblich effizienteres Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, da direkt im Moment der Aufnahme eine Möglichkeit zur Qualitätskontrolle gegeben ist.
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6 zeigt ein Detail eines Gierlagers 15 in einer Explosionsdarstellung. Dieses besteht aus dem oberen Gehäuseteil 16 und dem unteren Gehäuseteil 17, wobei das untere Gehäuseteil 17 fest mit dem Verbindungsteil 3 verbunden ist und mittels des oberen Gehäuseteils 16 an die Lagereinrichtung 2 angeschlossen ist. Kinematisch betrachtet ist das Gierlager 15 dem Verbindungsteil 3 zuzuordnen, da es „unterhalb“ der Rotationsachsen X1 und Y1 angeordnet ist und somit um ebendiese Rotationsachsen X1 und Y1 gegen die Lagereinrichtung 2 verdrehbar ist. Das obere Gehäuseteil 16 des Gierlagers 15 ist mit dem unteren Gehäuseteil 17 mittels des Bolzens 18 verbindbar, der in korrespondierende Ausnehmungen beider Gehäuseteile 16, 17 eingeschoben und mittels zweier Sicherungsstifte 23 gegen Herausrutschen gesichert ist. Beide Gehäuseteile 16, 17 sind folglich drehsteif mit dem Verbindungsteil 3 verbunden und können nicht gegen dieses verdreht werden.
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Um eine Rotation des Verbindungsteils 3 relativ zu der Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse Z1 zu ermöglichen, weist das Gierlager 15 ein Kugellager 42 auf, das mit dessen Innenring auf einer drehfest mit der Lagereinrichtung 2 verbundene Achse aufgesetzt ist. Das Kugellager 42 ist in einem zusammengebauten Zustand des Gierlagers 15 in dem oberen Gehäuseteil 16 gelagert. Hierfür wird es in das obere Gehäuseteil 17 eingeschoben und bis an ein oberes, dem Verbindungsteil 3 abgewandtes Ende des oberen Gehäuseteils 17 geführt, wo es mit einer radial von einer Außenwandung des oberen Gehäuseteils 17 nach innen vorspringenden Nase daran gehindert wird, aus dem oberen Gehäuseteil 17 „herauszurutschen“. Ferner sind ein Innendurchmesser des oberen Gehäuseteils 17 und ein Außendurchmesser eines Außenrings des Kugellagers 42, der um die Rotationsachse Z1 verdrehbar relativ zum Innenring gelagert ist, in etwa gleich, so dass der Außenring des Kugellagers 42 mit einer Innenwandung des oberen Gehäuseteils 17 eingreift und einen Reibschluss bildet.
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Unterhalb des Kugellagers 42 ist eine Bremsscheibe 44 angeordnet, die bezüglich der Rotationsachse Z1 drehfest relativ zum Gelenkkörper 13 beziehungsweise der Lagereinrichtung 2 ausgeführt ist. Diese Bremsscheibe 44 ist dazu geeignet, mit einem Bremsklotz 45 zusammenzuwirken und auf diese Weise eine Bremsung einer Rotation des Verbindungsteils 3 relativ zu der Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse Z1 zu bewirken. Die Bremsscheibe 44 und der Bremsklotz 45 bilden zusammen eine Verzögerungseinrichtung 40.
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Der Bremsklotz 45 ist mittels eines Kopplungselements 46 drehfest relativ zu den Gehäuseteilen 16, 17 angeordnet, indem das Kopplungselement 46 mit zwei gegenüberliegenden Nuten formschlüssig mit dem Bolzen 18 eingreift. Unterhalb des Bremsklotzes 45 ist ein Zugelement 41 angeordnet, das mittels einer Zugschnur 43 von einer Unterseite her gegen den Bremsklotz 45 gezogen werden kann. Dadurch wird der Bremsklotz 45 gegen eine Unterseite der Bremsscheibe 44 gedrückt, so dass beide Teile einen Reibschluss eingehen, wobei der mit dem Verbindungsteil 3 rotierende Bremsklotz 45 gegen die mit der still stehenden Lagereinrichtung 2 drehfest verbundene Bremsscheibe 44 drückt. Durch diesen Reibschluss wird schließlich eine Bremswirkung erzeugt, die die Rotation des Verbindungsteils 3 um die Rotationsachse Z1 bremst. Nach dem Prinzip eines Bowdenzuges ist die Zugschnur 43 im gezeigten Beispiel in der als Hohlschlauch ausgeführten Aufhängeeinrichtung 8 geführt und kann von einer einem Anwender der Vorrichtung 1 zugewandten Endabschnitt der Halteeinrichtung 10 betätigt werden.
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Um nach einer erfolgreichen Bremsung den Bremsklotz 45 wieder von der Bremsscheibe 44 zu lösen, ist zwischen beiden Elementen eine Rückstellfeder 56 angeordnet, die eine Rückstellkraft auf den aktivierten Bremsklotz 45 auslöst. Sobald der Anwender der Vorrichtung 1 die Zugschnur 43 loslässt und somit das Zugelement 41 nicht länger von unten gegen den Bremsklotz 45 drückt, wird letzterer durch Wirkung der Rückstellfeder 56 wieder in dessen Ausgangslage bewegt, in der er nicht länger mit der Bremsscheibe 44 eingreift. In diesem Zustand ist ohne weiteres eine weitere Rotation des Verbindungsteils 3 relativ zur Lagereinrichtung 2 um die Rotationsachse Z1 möglich.
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In 7 ist schließlich ein Detail der Gelenkeinrichtung 19 dargestellt, die die Rotationsachsen X2 und Y2 konstruktiv umsetzt und für die gegenseitige Verdrehbarkeit von Verbindungsteil 3 und Pendeleinrichtung 6 sorgt. Die Gelenkeinrichtung 19 weist eine äußere, einen Innenbereich umschließende Box 47 auf, die vier seitliche Wandungsteile 48, 49, 50, 51 aufweist. An den beiden Wandungsteilen 48, 50, die senkrecht zu der Rotationsachse Y2 orientiert sind, ist das Verbindungsteil 3 in Form des starren Rahmens 5 angeschlossen. Das Verbindungsteil 3 ist mittels Kugellagern 52 um die Rotationsachse Y2 verdrehbar in den Wandungsteilen 48, 50 der Box 47 gelagert. Mithin kann die gesamte Box 47 um die Rotationsachse Y2 gegen das Verbindungsteil 3 verdreht werden.
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In den Wandungsteilen 49, 51 ist ein Bolzen 53 verankert, der nicht selbst gegen die Wandungsteile 49, 51 verdrehbar ist. Auf diesem Bolzen 53 ist ein Drehlager 54 angeordnet, das mittels zweier weiterer Kugellager 52 auf dem Bolzen 53 gelagert ist. Mittels dieser Kugellager 52 kann das Drehlager 54 relativ zu den Wandungsteilen 49, 51 beziehungsweise der Box 47 um die Rotationsachse X2 verdrehen. Das Drehlager 54 ist schließlich fest mit dem Pendelstab 21 verbunden, so dass mittels des Drehlagers 54 letztendlich eine Verdrehbarkeit der Pendeleinrichtung 6 relativ zu der Box 47 und somit auch zu dem Verbindungsteil 3 um die Rotationsachse X2 erreicht wird.
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Mittels der drehbaren Lagerung des Verbindungsteils 3 in den Wandungsteilen 48, 50 der Box 47 sowie der drehbaren Lagerung des Drehlagers 54 auf dem Bolzen 53 ist folglich die Pendeleinrichtung 6 sowohl um die Rotationsachse X2 als auch um die Rotationsachse Y2 verdrehbar gegenüber dem Verbindungsteil 3 gelagert. Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4, sind die Rückstoßantriebe 30, die eine Verdrehung der Pendeleinrichtung 6 relativ zum Verbindungsteil 3 um die Rotationsachse X2 auslösen sollen, drehfest an das Drehlager 54 angeschlossen, so dass die mittels der Rückstoßantriebe 30 erzeugt Beschleunigung direkt auf die Pendeleinrichtung 6 wirkt und somit ein Rollen der Bildaufnahmeeinrichtung 4 erzeugen kann. Die seitlich angeordneten Rückstoßantriebe 30 wirken indes direkt mit den Wandungsteilen 48, 50 der Box 47 zusammen und können somit eine Rotation um die Rotationsachse Y2 erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Lagereinrichtung
- 3
- Verbindungsteil
- 4
- Bildaufnahmeeinrichtung
- 5
- Rahmen
- 6
- Pendeleinrichtung
- 7
- Ausgleichsmasse
- 8
- Aufhängeeinrichtung
- 9
- Endabschnitt
- 10
- Halteeinrichtung
- 11
- Knickstelle
- 12
- Federelement
- 13
- Gelenkeinrichtung
- 14
- Schnittpunkt
- 15
- Gierlager
- 16
- Oberes Gehäuseteil
- 17
- Unteres Gehäuseteil
- 18
- Bolzen
- 19
- Gelenkeinrichtung
- 20
- Schnittpunkt
- 21
- Pendelstab
- 22
- Haltebügel
- 23
- Sicherungsstift
- 24
- Massenteil
- 25
- Trägerteil
- 26
- Optische Achse
- 27
- Propellerpaar
- 28
- Propeller
- 29
- Rotorblatt
- 30
- Rückstoßantrieb
- 31
- Drehachse
- 32
- Massenring
- 33
- Verbindungsstrebe
- 34
- Dämpfermodul
- 35
- Anschlussteil
- 36
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 37
- Federelement
- 38
- Anzeigeeinrichtung
- 39
- Endabschnitt
- 40
- Verzögerungseinrichtung
- 41
- Zugelement
- 42
- Kugellager
- 43
- Zugschnur
- 44
- Bremsscheibe
- 45
- Bremsklotz
- 46
- Kopplungselement
- 47
- Box
- 48
- Wandungsteil
- 49
- Wandungsteil
- 50
- Wandungsteil
- 51
- Wandungsteil
- 52
- Kugellager
- 53
- Bolzen
- 54
- Drehlager
- 55
- Führungselement
- 56
- Rückstellfeder
- X1
- (erste) Rotationsachse
- Y1
- (zweite) Rotationsachse
- X2
- (dritte) Rotationsachse
- Y2
- (vierte) Rotationsachse
- Z1
- (fünfte) Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4946272 [0008]
- DE 20301604 U1 [0008]
- US 2009/0257741 A1 [0008]
- US 2011/0169972 A1 [0008]
- DE 3815342 C1 [0011]
