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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung eines Kamerasystems, vorzugsweise einer Halterung zur Anbringung des Kamerasystems an bewegten Objekten, wobei die Halterung als Ausgleichsachse mit Dämpfungselement an den bewegten Objekten befestigt ist.
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Für das Herstellen von Film-, Fernseh-, Video- oder Werbeaufnahmen ist es notwendig, die verwendeten Kameras auf Halterungen oder Stativköpfen zu befestigen, die in mehreren Achsen verschwenkbar sind. Eine Schwenk- und Nickfunktion ist dabei ein bekannter Stand der Technik. Das Einbeziehen einer dritten Achse (Rollachse) ist ebenfalls bekannt, erfordert allerdings einen hohen technischen Aufwand zur Herstellung und dem Betrieb derartiger Vorrichtungen.
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Das Verschwenken der Halterungssysteme inklusive der Kameras kann dabei manuell als auch mittels verschiedener Motorantriebe durchgeführt werden. Üblicherweise werden hierfür Schrittmotoren verwendet, die über eine Rotationswelle und eine Steuerschaltung zum Steuern der Schwenk-/Kippfunktion verwendet werden. Das Verwenden von Impulszählern ist ebenfalls als bekannt anzusehen. Aus der
DE 102 48 023 A1 ist ein derartiges Schwenk-/Kipp-Kamerasystem bekannt.
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Die
DE 102 08 413 B4 beschreibt einen schwenkbaren Stativkopf für eine Kamera, der um mindestens eine Achse mit Hilfe eines Motorantriebes verschwenkbar ist und eine Aufnahme für die Kamera aufweist, wobei der Stativkopf aus Elementen eines Bausatzes zusammengesetzt ist, nämlich Motorantriebsmodulen mit einem Motorgehäuse sowie einer Abtriebswelle und das Motorgehäuse Befestigungseinrichtungen zur Verbindung des Motorgehäuses mit einem weiteren Element aufweist. Dabei kommen biegefeste gerade Stäbe mit Klemmelementen zum Einsatz.
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Ebenfalls bekannt ist ein Kamerahalter für Fahrzeuge mit einer Vibrationsdämpfung, wobei ein oder mehrere Gas- oder Öldruckstoßdämpfer mit Federn oder Federelementen zur Vibrationsdämpfung in einem scharnierförmigen Halter gegenüber einem Scharnierdrehpunkt angeordnet sind (
DE 20 2013 007 276 U1 ).
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Aus der
US 7,209,176 B2 ist eine in Hollywood-Studios verwendete Kamerahalterung bekannt, die mehrfachgelenkig über eine obere Aufnahme an einer Kamera befestigt ist.
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Die
DE 10 2006 014 441 B4 beschreibt eine Verstellvorrichtung, die zur ferngesteuerten oder unmittelbaren Verstellung von Aggregaten, wie Lichtquellen oder Kameras verwendet werden kann. Sie weist zwei Schwenkachsen und zwei Motoreinheiten mit Microschrittmotoren auf und ist getriebelos aufgebaut.
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Die
EP 2 416 202 A1 beschreibt ein Kamerastabilisierungssystem mit 360° Drehachse.
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Aus der
EP 1 887 274 A1 ist ein Kamerakopf bekannt, der über einen Tragarm mit vertikaler Drehvorrichtung verfügt, wobei an der Drehvorrichtung hängend eine nach unten offene U-förmige Aufnahme angebracht ist, die an ihren seitlichen Armen eine Schwenkvorrichtung aufweist, die ebenfalls U-förmig ausgeführt ist und auf ihrem horizontalen Verbindungssteg eine beweglich Kamerahalterung besitzt.
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Die
EP 2 759 480 A1 beschreibt einen zweiachsigen und einen dreiachsigen Kugelkopf für einen Einsatz in einem kleinen unbemannten Fluggerät, insbesondere einem Helikopter. Beide Ausführungsformen weisen eine Maschinenrahmen-Anordnung mit verschiedenen Rahmen auf, die ineinander geführt sind oder eingreifen. Im inneren Rahmen ist eine Kameraaufnahme angeordnet, die über eine U-förmige Aufnahme (Bügel) eine vertikale Neigungsverstellung der Mini-Kamera (GoPro) zuläßt. Eine horizontale Verstellbarkeit der Mini-Kamera ist damit nicht möglich. An der U-förmigen Aufnahme ist zentral eine weitere Halterung als Kragarm angeordnet, die eine Drehbewegung ausführen kann. Am anderen Ende des Kragarms befindet sich eine vierte Halterung, die wiederum U-förmig ausgeführt ist und eine weitere Drehbewegung zuläßt. Mit dieser Halterung ist die Vorrichtung am Fluggerät befestigt. Insgesamt weist die gesamte Vorrichtung drei Antriebe auf. Die Vorrichtung ist für High-Speed-Aufnahmen ungeeignet, da sie über keinen Verwackelschutz verfügt. Als Kameratechnik ist nur eine Mini-Kamera (GoPro) einsetzbar und keine professionelle High-Speed-Kamera. Die gesamte Leichtbau-Konstruktion ist vorzugsweise auf die Verwendung in Mini-Helikoptern (Drohnen) ausgelegt. Eine geschiossene Doppelkäfig-Ausführung ist realisiert.
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In der
US 2010/0079101 A1 wird eine Kamera-Halterung beschrieben, die an einem Auto befestigt werden kann und ein Stabilisierungssystem aufweist. Die Vorrichtung ist vorzugsweise als offene Kipp-Dreh-Einrichtung ausgeführt, in deren oberer U-förmiger Halterung eine Kamera über eine schwalbenschwanzförmige Aufnahme geführt ist. Sie ist damit als offene Dreifach-Rahmenkonstruktion ausgeführt. Die schwalbenschwanzförmige Kameraaufnahme stützt sich über ein zentrales Kipp-Gelenk auf dem horizontalen Schenkel des oberen U-förmigen Rahmens ab und kann im beschränkten Umfang seitlich gekippt werden. Des Weiteren wird eine Ausführungsform beschrieben, die einen Dreifach-Rahmen aufweist. Auch diese Ausführungsform weist keinen wirksamen Verwackelschutz für High-Speed-Aufnahmen auf. Es handelt sich lediglich um eine einfache Haltevorrichtung für Amateur-Video-Aufnahmen ohne professionellen Hintergrund.
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Die
EP 0 966 154 A1 beschreibt eine Methode und ein Equipment für dreiachsig bewegliche Aufnahmen. Es handelt sich in diesem Sinne um ein dreiachsiges Fernbedienungssystem für eine Kamera mit einem Joy-Stick als Steuerelement und einer Datenleitung zur Kamera. Unterhalb der Kamera - zwischen dieser und dem Kameraständer - ist eine in drei Achsen bewegliche Kameraführung angeordnet, wobei jede Bewegungsrichtung über einen Zahn-/Keilriemenantrieb erreicht wird. Auch diese gegen Verwackeln ungeschützte Vorrichtung ist für professionelle High-Speed-Aufnahmen vollkommen ungeeignet.
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Ein Schwingungstilger besteht aus einem Feder-Masse-System, welches als zusätzliches schwingungsfähiges System mit einer schwingenden Grundstruktur verbunden ist, damit dessen Schwingung eine Eigenschwingung des Zusatzsystems verursacht und dadurch die Schwingungsenergie des Grundsystems reduziert bzw. eliminiert. Aus Abstimmungs- und Wirksamkeitsgründen werden in der Praxis Tilger meist um Dämpfungselemente (Federn mit Eigendämpfung, Dämpfer wie Viskosedämpfer) ergänzt. Im folgenden soll als Schwingungstilger ein System mit integrierten Dämpfungselementen verstanden werden. Wichtig für die effiziente Wirkung des Schwingungstilgers ist dabei die genaue Abstimmung auf das zu bedämpfende System. Hierfür werden zunächst die Kennparameter des Systems wie die zu bedämpfende Masse oder die zu bedämpfende Massenträgheit, die Steifigkeit der Struktur bzw. die Eigenfrequenzen der Struktur, die Schwingungsamplituden, die Einbaumaße, und gegebenenfalls der Dämpfungsgrad bestimmt und das System numerisch modelliert, sodass die entsprechenden Parameter (Federhärte, Tilgermasse, Dämpfungsgrad) für das Schwingungstilgersystem, welches an dem zu dämpfenden System befestigt wird, ermittelt werden können.
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Aus der
EP 1 197 678 A2 ist ein einstellbarer Tilger zur Reduzierung von Torsionsschwingungen bekannt. Dieser Torsinns-Schwingungstilger weist Elastomerschichten auf, wobei dessen Torsinns-Eigenfrequenz durch Vorspannen einer Elastomerschicht unterschiedliche Erreger-Frequenzen eingestellt werden kann. Durch unterschiedlich vorgespannte Elastomerschichten werden Veränderungen in der Steifigkeit erreicht, wodurch in einem System auftretende Drehschwingungen verringert oder gar eliminiert werden können. Das Tilgersystem wird vorzugsweise für Torsionsschwingungen im Bereich zwischen 200 und 500 Hz eingesetzt.
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Die
EP 1 693 593 A1 beschreibt einen einstellbaren Drei-Achsen-Tilger. Bei diesem Schwingungstilger werden Schwingungen auf Basis von Elastomerteilen in unterschiedlichen Richtungen reduziert. Der Drei-Achsen-Tilger kann entsprechend den Eigenschaften der Schwingungen erzeugenden Systems stufenlos bezüglich der Richtung unterschiedlich und voneinander unabhängig eingestellt und angepasst werden.
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Aus der
EP 1 286 076 A1 ist ein Elastomertilger bekannt, welcher auftretende Schwingungsfrequenzen in einer bevorzugten Richtung, entweder als Axial-Tilger oder als Radial-Tilger zu dämpfen vermag. Bei diesem Lineartilger ist ein Befestigungselement über eine Elastomerschicht mit zwei getrennten Tilgermassen-Elementen verbunden, wobei die Flächen, mit denen die Elastomerschicht mit den Tilgermassen und dem Befestigungselement in Kontakt steht, konusförmig oder sphärisch ausgebildet sind. Der Konuswinkel ist dabei entweder flach oder steil, wirkt also entweder als Axial- oder als Radial-Tilger. Durch entsprechende Spannmittel, welche die beiden Tilgermassen-Elemente gegeneinander verspannen, kann die Steifigkeit der Elastomerschicht individuell eingestellt werden, wodurch sich das Dämpfungsverhalten bezüglich einer einzigen ausgewählten Richtung entsprechend ändert.
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Aus der
DE 10 2006 020 785 A1 ist ein Schwingungstilger mit veränderbarer Resonanzfrequenz bekannt. Der Schwingungstilger für ein dynamisch angeregtes Bauteil umfasst eine fest mit dem Bauteil verbindbare Tilgerbasis und wenigstens ein in Richtung der Bauteilerregung schwingungsfähiges Feder-Masse-System, bestehend aus einer von der Tilgerbasis abstehenden Blattfeder mit einer am Ende der Blattfeder angeordneten Trägheitsmasse. Um eine Veränderbarkeit der Resonanzfrequenz zu schaffen, ist es vorgesehen, dass die Trägheitsmasse ein Gehäuse mit einem darin zur Verstellung der Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers hin- und herbewegbaren Kolben aufweist. Bei Film- oder Fernsehaufnahmen treten während automatisierter Kamerafahrten von Bewegungssystemen mit eingebauter Kamera und Monitor immer wieder mehr oder minder starke Schwingungen abhängig vom Beschleunigungs-/Verzögerungsprofil oder der gewählten geometrischen Bahn der Kamera auf. Im Kamerabild sind diese Erscheinungen als Zittern in verschiedenen Richtungen entsprechend der jeweiligen Schwingung sichtbar. Das Problem der Sichtbarkeit der Schwingungen tritt dabei besonders stark bei einer stark gezoomten Optik beziehungsweise beim Filmen von wert entfernten Objekten auf. Dieser Effekt tritt sowohl bei Kamerarobotern als auch bei Kamera-Schienensystemen auf, welche in der Regel aus einer auf einem Schwenk-Neigesystem drehbaren Kamera-Monitor-Einheit bestehen, welche selbst wiederum über einen Schlitten auf einer horizontalen/vertikalen Schienenachse automatisiert verfahren werden. Bei einer entsprechenden feinen Regelung der Antriebsachsen treten nach wie vor Restschwingungen des Robotersystems auf, welche durch wechselnde Massenträgheitsverhältnisse, Temperaturveränderungen, Hystereseverhalten von Getriebe, und eine mögliche Anregung der Eigenfrequenz der mechanischen Struktur durch entsprechendes Beschleunigungs-/Verzogerungsprofil erzeugt werden. Der Anbau von Entkoppelungs-Elementen zwischen der Kamera und der Kameraroboterstruktur führt zwar zu einer mechanischen Entkoppelung von Kameraroboterarm und der Kamera, jedoch werden entsprechende schnelle Bewegungsänderungen der Kamera durch diese Entkoppelungs-Elemente erschwert, da die Kamera nicht fest an der Kameraroboterstruktur befestigt ist. Darüber hinaus kann die Zwischenschaltung von Entkoppelungs-Elementen zwischen Kamera und Kameraroboterstruktur dazu führen, dass weitere Schwingungen durch die elastische gedämpfte Aufhängung der Kamera auftreten.
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Alle bekannten Kamerahalterungen weisen folgende Nachteile auf:
- 1. Es entstehen Vibrationen an der Halterung, die die Kamera und damit die Aufnahmequalität erheblich beeinflussen.
- 2. Aufgrund der technisch aufwendigen Konstruktionen sind die Halterungen nur mit großem Aufwand zu transportieren und zusätzlich empfindlich gegen Transportschäden.
- 3. Es sind teure Versicherungen notwendig.
- 4. Aufgrund der hohen Herstellungskosten existieren nur eine sehr begrenzte Anzahl an derartigen Halterungen, die teuer gekauft oder geleast werden müssen.
- 5. Die meisten Halterungen sind nicht oder nur bedingt und aufwendig an Fahrzeugen oder Flugkörpern oder Booten anzubringen und erfüllen dann in unzureichender Art die notwendigen Anforderungen zur sicheren Befestigung.
- 6. Die bekannten professionellen Halterungen für bewegliche Aufnahmen weisen ein sehr hohes Eigengewicht auf.
- 7. Die bekannten Halterungen weisen nicht die gleiche Stabilität, eine unzureichende Vibrations- und Schwingungsdämpfung sowie ungenügende flexiblen Anbringungsmöglichkeiten auf.
- 8. Viele der Halterungen weisen teure und anfällige Elektronik auf.
- 9. Die Konstruktionen und die Elektronik sind hitzeempfindlich und fallen bei starker Hitze oftmals aus.
- 10. Die bekannten Halterungen erfordern eine ständige Wartung, da sie ansonsten schnell ausfallen oder verschleißen.
- 11. Oftmals wird Öl und eine Hydraulik zur Bewegung der Anbauteile verwendet. Diese kann sehr oft zur Schwachstelle bei eventuellen Undichtheiten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für vorzugsweise bewegliche Kameraaufnahmen bereitzustellen, die sicher und einfach an beweglichen Objekten zu befestigen ist und auch bei hohen Geschwindigkeiten sowie im Off-Road-Bereich, eine sehr gute vibrationsarme Aufnahmequalität ermöglicht. Die Halterung soll sehr wartungsarm und stabil sein.
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Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Halterung eine obere und eine untere Tragplatte mit Winkeln aufweist, zwischen denen ein L-förmiges Element angeordnet ist, wobei sich am L-förmigen Element zwei Dämpfungspakete befinden, die aus einer wechselweisen Anordnung von Elastomer- und Carbon-Blättchen aufgebaut und jeweils mittels eines Drehhebels mit Gewindestift fest- oder lockerstellbar sind. Als Elastomer kann Silikon oder ein ähnlich flexibles Material zum Einsatz kommen. Anstelle von Carbon kann für die zweite Blättchen-Variante auch ein gehärteter Kunststoff, Stahl oder Aluminium verwendet werden. Entscheidend ist, dass dieses Material bruchfest und gleichzeitig sehr stabil/biegesteif sowie hitzebeständig und leicht sein muss. Es darf sich bei starken Belastungen nicht verbiegen.
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Die jeweils zwei Befestigungsöffnungen aufweisenden Blättchen werden jeweils um 90° versetzt (verschränkt) angeordnet, sodass eine Vierpunkt-Lagerung/Konstruktion entsteht, die zu einer hervorragenden Dämpfung im Zusammenwirken von sehr beweglichen Silikon-Blättchen und sehr steifen Carbon-Blättchen führt.
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Mittels des Drehhebels mit Gewindestiftes können die variabel je nach Kameragewicht und Einsatzzweck zu einem Paket zusammengefassten Silikon- und Carbon-Blättchen zusammengedrückt oder gelockert werden, sodass entweder eine Versteifung oder eine Leichtgängigkeit erreicht werden kann.
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Zur automatischen Abreinigung von Verschmutzungen im Gelände, weisen die Silikon-Blättchen verschieden geformte Rillen auf, die nach außen strahlenförmig in gerader oder gewölbter/gebogener Ausführung verlaufen.
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Die Tragplatten sind mit den Winkeln zueinander um 90° versetzt und aufeinander zuweisend angeordnet.
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Vorteile der Erfindung
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- • mittels der variabel zusammenstellbaren Blättchen-Pakete als Federn kann das Kamerasystem an der Halterung exakt waagerecht ausgerichtet und federnd gelagert werden
- • die Halterung nimmt Fliehkräfte auf, gleicht diese aus und entlastet somit die angebauten Systeme
- • die Aufnahmequalität des Kamerasystems ist durch die erfindungsgemäße Lösung extrem verwackel- sowie schwingungs- und vibrationsfrei
- • das Kamerasystem ist dabei nach einer kaum wahrnehmbaren Dämpfung stets in waagerechter Position
- • es entstehen Outdoor-Aufnahmen von sich schnell bewegenden Land-, Luft- und Wasser-Fahrzeugen von bestechender Qualität
- • dabei ist die Konstruktion so gewählt, dass stets eine hohe Stabilität und Dauerbeständigkeit bei vertretbaren Kosten gewährleistet ist
- • die Halterung lässt sich problemlos an jedem Fahrzeug über Bügel, Streben, Schellen oder Saugnäpfe befestigen
- • die erfindungsgemäße Konstruktion weist weder hydraulische Elemente noch Elektronik auf und ist dadurch extrem wartungs- und störungsarm
- • sie ist sehr unempfindlich gegenüber Hitze, Kälte und Verschmutzungen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- obere Tragplatte
- 2
- untere Tragplatte
- 3
- Winkel
- 4
- Winkel
- 5
- L-förmiges Element
- 6
- Paket
- 7
- Elastomer-Blättchen
- 8
- Carbon-Blättchen
- 9
- Drehhebel
- 10
- Drehhebel
- 11
- Gewindestift
- 12
- Gewindestift
- 13
- Vier-Punkt-Lagerung
- 14
- Abdeckung
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- - 1 - die Halterung in 3-D-Ansicht schräg von hinten mit Detail A
- - 2 - die Halterung in 3-D-Ansicht schräg von vorn
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Die Vorrichtung zur Halterung eines Kamerasystems an bewegten Objekten weist eine obere und eine untere Tragplatte 1; 2 auf, die jeweils mit einem Winkel 3; 4 versehen sind (1, 2). Die Tragplatten sind dabei um 90° versetzt und jeweils mit den Winkeln 3; 4 zueinander weisend angeordnet.
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Dabei ist zwischen den beiden Winkeln 3; 4 ein L-förmiges Element 5 befestigt.
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Zwischen den Winkeln 3; 4 und dem L-förmigen Element sind zwei Pakete 6 aus Elastomer/Silikon- und Carbon-Blättchen 7; 8 angebracht, die jeweils mittels Drehhebel 9; 10 und Gewindestift 11; 12 zusammengehalten werden und verstellt werden können.
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Die Elastomer/Silikon- und Carbon-Blättchen 7; 8 weisen jeweils zwei Befestigungsöffnungen auf und sind so zu Paketen 6 zusammengefasst, dass sie jeweils in wechselnder Anordnung und jeweils um 90° versetzt eine Vier-Punkt-Lagerung 13 ergeben.
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Gegen Verschmutzungen können die Pakete 6 eine Abdeckung 14 aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10248023 A1 [0003]
- DE 10208413 B4 [0004]
- DE 202013007276 U1 [0005]
- US 7209176 B2 [0006]
- DE 102006014441 B4 [0007]
- EP 2416202 A1 [0008]
- EP 1887274 A1 [0009]
- EP 2759480 A1 [0010]
- US 2010/0079101 A1 [0011]
- EP 0966154 A1 [0012]
- EP 1197678 A2 [0014]
- EP 1693593 A1 [0015]
- EP 1286076 A1 [0016]
- DE 102006020785 A1 [0017]
