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Die Erfindung betrifft ein Stabilisierungssystem für mobile Film- und Videokameras (kurz Kameras), insbesondere für den ambitionierten Amateurfilmemacher, aber auch für bestimmte Drehbedingungen im professionellen Bereich.
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Aus freier Hand zu filmen, ist anspruchsvoll. Neben den erwünschten Bewegungen des horizontalen und vertikalen Schwenkens kommt es weiterhin zu durch die Kameraführung bedingten unerwünschten Bewegungen. Diese sind vor allem das seitliche Hin-und Herschwanken („Rollen“) und die durch das Gehen der kameraführenden Person unvermeidlichen unregelmäßigen Auf- und Abbewegungen. Moderne Kameras haben standardmäßig optische Stabilisatoren in den Objektiven oder elektronische Korrekturalgorithmen, die eine gewisse Bildstabilisierung gewährleisten, qualitativ hochwertigen Ansprüchen genügen diese allerdings nicht.
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In den 1970er Jahren entwickelte der Kameramann Gerrett Brown die sogenannte Steadycam, auch „Schwebestativ“ genannt. Federkraft und Trägheitsmoment sind die genutzten physikalischen Mittel, welche ungewollte Bewegungen der Kamera beinahe gänzlich auszugleichen vermögen. Ein Federarmsystem überträgt die Gewichtskraft der Kamera und des Systems auf den Körper und kompensiert die beim Gehen entstehenden Auf-und Abbewegungen. Die Kamera selbst ist an einer Stange befestigt, die an einem Kardangelenk mittels auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenks befindlichen Gegengewichten ausbalanciert ist und durch die träge Masse vor allem die unerwünschten seitlichen Rollbewegungen eliminiert, ansonsten aber im Kardangelenk frei beweglich ist.
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Das Resultat sind ruhige, stabilisierte Aufnahmen auch bei schnellerem Laufen mit dem visuellen Effekt des Gleitens, Schwebens, Fliegens. Dieser visuelle Effekt beruht auf eben den oben genannten physikalischen Prinzipien, wodurch die Kamera an dem Federarmsystem immer sanft den Bewegungen der kameraführenden Person ein wenig nachfolgt. Die Steadycam ist insbesondere bei professionellen Filmemachern unverzichtbar geworden und wird auch seinen Stellenwert behalten.
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Völlig unabhängig von dieser Entwicklung kamen in den 2000er Jahren immer mehr ferngesteuerte Drohnen für den Privatgebrauch in Mode, die in der Lage sind, völlig ruhige Luftaufnahmen zu liefern. Ermöglicht wurde dies durch immense Fortschritte in der Miniaturisierung von hochauflösenden Kameras sowie der Entwicklung motorisierter Gimbals („Gimbal“ engl. Für „kardanische Aufhängung“), also aktiver kardanischer Aufhängungen.
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Bei einem Gimbal handelt es sich um eine Lagerung bzw. Aufhängung einer Kamera, wobei die Kamera um die horizontalen Achsen und die vertikale Achse rotationsfähig gelagert ist. Durch eine entsprechende Motorisierung kann eine Rotationsbewegung der Kamera eben um diese Raumachsen auch aktiv ermöglicht werden. Dadurch können ungewollte Bewegungen der Kamera aktiv durch die Motorisierung ausgeglichen und somit die Filmaufnahmen stabilisiert werden. Diese Korrekturen vollzieht das Gimbal autonom. Darüber hinaus ist es aber auch komplett fernsteuerbar, wenn beispielsweise die Blickrichtung der Kamera verändert werden soll.
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Gimbals sind mittlerweile im Stand der Technik auch für handgehaltene Kameras weit verbreitet und bekannt. Sie werden dabei sowohl für größere Handkameras wie beispielsweise digitale Spiegelreflexkameras (DSLR) und Camcorder bis zu ca. 3 kg als auch nicht zuletzt für Smartphones angewendet.
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Während die kleinen Smartphone-Gimbals sehr gut handhabbar sind wegen ihres geringen Gewichts, stellt dies aber bis heute bei den größeren und für einen ernsthaften Filmeinsatz vorgesehenen Kameras ein großes Problem dar. So wiegt eine DSLR-Kamera mit entsprechender Optik und Gimbal ohne weiteres bis zu 4-5 kg. Damit sind längere handgehaltene Aufnahmen unrealistisch. Zwar sind einige zusätzliche Steuerungen der Kamera an einem Handgriff (z.B. über einen Joystick) bedienbar, aber es können bei weitem nicht alle Möglichkeiten, die ein Gimbal bietet, genutzt werden.
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Zusätzlich dazu haben Gimbals den Nachteil, dass sie prinzipiell die unerwünschte Bewegung des unregelmäßigen Auf- und Ab beim Gehen des Kameramanns nicht oder zumindest nur schlecht kompensieren können. Zwar gibt es seit etwa zwei Jahren auch hier eine Lösung mit einer doppelten parallel angeordneten Federanordnung, in das das Gimbal und die Kamera eingespannt werden, der Nachteil ist aber ein noch höheres Gewicht und definitiv der Verlust weiterer Steuerungsmöglichkeiten anhand des Joysticks während der Aufnahme, da die Federarme immer mit beiden Händen gehalten werden müssen.
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Der Gedanke ist naheliegend, für die Gewichtskompensation des motorisierten Gimbals das Federarmprinzip der Steadycam zu nutzen. Es gibt auch entsprechende Systeme mit Körperweste und Federarmen, an denen das Gimbal direkt angebracht wird. Hier verliert man aber wesentliche Bewegungsfreiheiten, da das Gimbal grundsätzlich aufrecht eingespannt ist. Extrem bodennahe Aufnahmen sind dadurch beispielsweise nicht möglich.
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Die andere Kombination, also an ein komplettes Steadycam-System mit Federarmen und gelagerter Stange mit Gegengewichten einen Gimbalkopf (ohne Handgriffe) mit der Kamera anzubringen, wird ebenfalls insbesondere im professionellen Rahmen umgesetzt. Damit gewinnt man eine Kameraposition, die hängende, extrem bodennahe Aufnahmen ermöglicht, wenn das Gimbal samt Kamera an der Lagerung der Stange komplett umgedreht wird und die Kamera kopfüber am Gimbal hängt.
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Für eine größere Verbreitung im Amateurbereich und wenn die Drehbedingungen eine kompakte Ausrüstung erfordern, ist die sehr teure und platzeinnehmende Kombination aus Steadycam und Gimbal aber trotzdem nicht geeignet. Die perfekte Handhabung einer Steadycam erfordert monatelanges Training und stellt höchste Ansprüche an die körperliche Konstitution des Kameramanns, da professionelle Systeme bis zu 30 kg wiegen. Andererseits ist das Gewicht eines kompakten Systems von ca. 5kg, welche eher günstige Systeme für den ambitionierten Amateurbereich aufweisen, schlicht zu gering, um die auf Trägheit beruhende bildstabilisierende Wirkung einer Steadycam mit dem bekannten Federarmsystem und der gewichtsausgeglichenen Stange zuverlässig nutzen zu können. In Fachkreisen wird auf diesen Umstand auch kritisch hingewiesen, weshalb eine Kombination aus Gimbal und Steadycam insbesondere bei leichten und kompakten Systemen nicht zum gewünschten Erfolg führt.
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Alle mobilen Stabilisierungssysteme haben ein weiteres kritisches Merkmal: Für die Bildkontrolle muss die filmende Person immer mehr oder weniger hinter der Kamera sein, so dass viele Einstellungen im Seitwärts- oder Rückwärtsgehen durchgeführt werden müssen. Bei sehr bodennahen Aufnahmen mit dem Gimbal besteht keine direkte Bildkontrolle mehr, so dass nur mit einem vorübergehend bspw. an den beweglichen Federarmen angebrachten Monitor der zu filmende Ausschnitt der kameraführenden Person gezeigt werden kann.
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Vor dem geschilderten Hintergrund des Stands der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, zum Einen ein Stabilisierungssystem für die Kameraführung bereitzustellen, welches unerwünschte Störbewegungen autonom korrigiert, die Gewichtskraft des Kamerasystems kompensiert, sodass lediglich die dynamischen Kräfte der Kamerabewegung durch die Arme der kameraführenden Person aufzubringen sind und zum Anderen eine möglichst natürliche Kamerabewegung in die gewünschten Bewegungsrichtungen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem für die Kameraführung weist ein Gimbal auf, welches dazu konfiguriert ist, eine Kamera aufzunehmen und ungewollte bzw. unbeabsichtigte Bewegungen der Kamera während der Kameraführung zu kompensieren. Zudem weist das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem eine Körperweste auf, welche von einer kameraführenden Person getragen wird und dazu konfiguriert ist, das Gewicht des gesamten Systems auf den Körper dieser Person zu übertragen. Darüber hinaus ist eine Verbindungsanordnung zwischen Gimbal und Körperweste angeordnet, welche dazu vorgesehen ist, das Gewicht des Systems auf die Körperweste zu übertragen. Vorteilhafterweise ist die Verbindungsanordnung ebenfalls dazu konfiguriert, ein vertikales und horizontales Schwenken der Kamera zu ermöglichen. Ferner weist das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem eine Magnetfederanordnung, umfassend wenigstens eine Magnetfeder, auf, welche dazu konfiguriert ist, das Gewicht des gesamten Stabilisierungssystem zu kompensieren und eine Höhenverstellbarkeit des Systems zu gewährleisten.
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Eine Magnetfeder wird insbesondere in der Linearaktuatorik eingesetzt, um bei vertikaler Anordnung die Gewichtskraft von Gegenständen bei der Bewegung gegen die oder mit der Schwerkraft zu kompensieren. Durch den Ausgleich der Gewichtskraft müssen entsprechenden Aktuatoren lediglich die dynamischen Kräfte aufbringen, welche nötig sind, um die entsprechenden Gegenstände gegen oder mit der Schwerkraft zu bewegen. Eine Magnetfeder weist einen stabförmigen Läufer auf, welcher sich in einem Stator bewegt. Auf das Funktionsprinzip der Magnetfeder wird im Rahmen der Figurenbeschreibung näher eingegangen (2a, 2b).
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Durch die Gewichtskompensierung der Magnetfeder ist es für die kameraführende Person möglich, eine Höhenverstellung des Stabilisierungssystems vorzunehmen, ohne die Gewichtskraft des gesamten Systems mit den Armen aufbringen oder in die Knie gehen zu müssen. Auch für sonstige Kamerabewegung wie das horizontale Schwenken müssen lediglich die dynamischen Kräfte durch die Arme aufgewendet werden. Die Gewichtskompensation wird dabei über ein Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft der Magnetfeder und der Gewichtskraft des zu kompensierenden Gewichts erreicht (siehe Ausführungen zu 2a, 2b).
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stabilisierungssystems ist die Magnetfeder unmittelbar an der Körperweste befestigt und in dieser Position über die Verbindungsanordnung mit Gimbal und Kamera (kurz Gimbaleinheit) verbunden. Die Gewichtskraft der Gimbaleinheit wird somit über die Verbindungsanordnung und die Magnetfeder in die Körperweste eingeleitet. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Magnetfeder derart angeordnet, dass ihr Stator sich im Wesentlichen vertikal erstreckt und die Verbindungsanordnung mit dem Läufer verbunden ist. Durch die Anbringung der Magnetfeder an der Körperweste kann eine Einleitung des Gesamtgewichts auf die Körperweste möglichst nah am Körper der kameraführenden Person sichergestellt werden, wodurch die Anatomie der Wirbelsäule und des Körpers im Allgemeinen so wenig wie möglich belastet wird. Zudem kann auf diese Weise eine technisch unkompliziert umzusetzende Anordnung der Magnetfeder im Gesamtsystem sichergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Magnetfeder in einer Vertikalführung, insbesondere direkt an der Körperweste angeordnet. Die Führung ist dazu konfiguriert, eine reine Vertikalbewegung der mit der Magnetfeder verbundenen Verbindungsanordnung sicherzustellen, wobei die Magnetfeder derart in der Führung angeordnet ist, dass bei einer vertikalen Bewegung der Verbindungsanordnung der Läufer der Magnetfeder aus dem Stator gezogen wird. Auf diese Weise kann eine Vertikalbewegung der Gimbaleinheit umgesetzt werden, wozu aufgrund der gewichtskraftkompensierenden Wirkung der Magnetfeder lediglich die dynamischen Kräfte aufgewendet werden müssen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindungsanordnung wenigstens ein Gelenk auf, welches eine Neigebewegung (vertikale Schwenkbewegung) der Gimbaleinheit ermöglicht. Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der neben der vertikalen Schwenkbewegung auch eine horizontale Schwenkbewegung ermöglicht wird. Diese kann vorteilhafterweise über ein weiteres Gelenk bzw. einer weiteren Lagerung sichergestellt werden oder aber in dem bereits vorhandenen Gelenk realisiert sein. Ein derartiges Gelenk mit dem sowohl die horizontale als auch die vertikale Schwenkbewegung realisiert werden kann, ist beispielsweise durch ein kardanisches Gelenk gegeben.
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Bei der Kameraführung wird zwischen drei verschiedenen Kamerabewegungen um drei verschiedene Achsen unterschieden. Die erste Bewegung ist dabei die Rotation um die optische Achse, also diejenige Achse, die in Blickrichtung der Kamera zeigt. Diese Bewegung wird auch als Rollen bezeichnet. Die Rotation um die vertikale Achse wird als (horizontales) Schwenken bezeichnet, während die Rotation um die horizontale Achse senkrecht zur Blickrichtung als Neigen oder vertikales Schwenken bezeichnet wird. Die Rollbewegung wird wie bereits geschildert durch das Gimbal ausgeglichen. Die Schwenkbewegungen werden zum einen durch entsprechende Gelenke bzw. entsprechende Lagerungen in der Verbindungsanordnung sichergestellt, können aber auch durch entsprechende Einstellung der Blickrichtung am Gimbal selbst erreicht werden.
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Durch das Vorsehen eines Gelenks für die Neigebewegung in der Verbindungsanordnung wird diese unterteilt, wobei der eine Teil mit der Magnetfeder bzw. der Körperweste verbunden ist und der andere Teil mit der Gimbaleinheit. Durch das Gelenk kann nun der mit der Gimbaleinheit verbundene Teil gegen den mit der Körperweste verbundenen Teil abgeklappt werden, wodurch eine Neigebewegung der Gimbaleinheit erfolgt. Die Gimbaleinheit kann dabei soweit abgeklappt werden, dass die Kamera im Gimbal hängt, wobei sich das Gimbal anders als im nicht abgeklappten Zustand über der Kamera befindet, und ganz knapp über dem Boden geführt wird und somit extrem bodennahe Aufnahmen möglich sind, wobei die kameraführende Person trotzdem weiterhin aufrecht gehen kann. Bei den Schwenkbewegungen anhand der Gelenke kann das Gimbal zum Einen so eingestellt werden, dass die Blickrichtung der Kamera und somit der Filmausschnitt die Schwenkbewegung des Gimbals mitmacht, oder zum Anderen so, dass die Blickrichtung der Kamera weiterhin stets nach vorne gerichtet ist und die Schwenkbewegung nicht mitmacht. Anhand der letztgenannten Einstellung sind somit Bewegungen der Kamera auf extreme Bodennähe und zurück möglich, wobei sich lediglich der Abstand der Kamera zum Boden ändert.
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Weiterhin ist eine derartige Ausführungsform vorteilhaft, wenn zwischen den beiden Teilen der Verbindungsanordnung ein elastisches Element vorgesehen ist, welches dazu konfiguriert ist, bei der Neigebewegung der Gimbaleinheit anhand eines Gelenks eine Kraft aufzubringen, welche dem bei dieser Neigebewegung entstehenden Drehmoment entgegenwirkt. Durch ein derartiges elastisches Element kann sichergestellt werden, dass die Hebelkraft der Gimbaleinheit bei der Neigebewegung zumindest zum Teil durch die von dem elastischen Element aufgebrachte Kraft kompensiert wird und somit die kameraführende Person weniger Haltekraft bei der Neigebewegung aufwenden muss. Idealerweise ist die Elastizität des elastischen Elements und damit die durch das Element hervorgerufene Kraft in Abhängigkeit von der Gewichtskraft des Gimbals mit der Kamera ausgewählt oder anhand unterschiedlicher Vorspannungen einstellbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Stabilisierungssystem ein Federsystem auf, welches dazu vorgesehen ist, vertikale Bewegungen des Gimbals und damit der Kamera zu vermeiden. Ein derartiges Federsystem kann beispielsweise durch zwei parallelangeordnete Federn in der Verbindungsanordnung sichergestellt werden, wobei die Endpunkte der Federn horizontal linear gelagert sind. Durch ein derartiges Federsystem können die unerwünschten Auf-und Abbewegungen der Kamera, welche beim Gehen der kameraführenden Person entstehen, ausgeglichen werden.
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Weiterhin weist die Verbindungsanordnung in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einen Griff zur Führung der Kamera und/oder einen Steuerungsjoystick zur Ausrichtung der Gimbaleinheit auf. Vorteilhafterweise kann der Joystick auf einem Griff angeordnet sein. Durch einen Griff kann die manuelle Steuerung der Kamera präzise durchgeführt werden. Der Griff ist vorteilhafterweise beweglich und so angeordnet, dass er möglichst in jeder Position der Gimbaleinheit, also auch bei bodennahen Aufnahmen oder bei seitlich oder rückwärts geschwenkter Kamera gut zu erreichen und zu bedienen ist. Beweglich meint in diesem Kontext, dass der Griff je nach Position der Gimbaleinheit beispielsweise anhand von Gelenken oder einer Teleskopstange, auf der der Griff montiert ist, so eingestellt werden kann, dass er in jeder Position der Gimbaleinheit bequem bedienbar ist. Wie eingangs bereits dargelegt, kann die Blickrichtung der Kamera zusätzlich im Gimbal durch die im Gimbal vorgesehenen Motoren eingestellt werden. Wenn der Griff entsprechende Steuerungsmöglichkeiten bietet (beispielsweise durch einen Joystick), dann kann die kameraführende Person die manuelle Kameraführung und die aktiven Kamerabewegungen im Gimbal während der Aufnahme beliebig kombinieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Stabilisierungssystem eine Halterung für einen Videomonitor oder ein Smartphone auf, welche insbesondere an der Körperweste, der Magnetfederanordnung oder der Verbindungsanordnung, vorzugsweise aber am Griff (Führungsgriff) angeordnet ist. In der Halterung kann ein Monitor oder Smartphone mit einer Steuerungs-App für das Gimbal vorgesehen werden, wobei dort die Liveaufnahme der Kamera gestreamt werden kann. Somit hat die kameraführende Person auch in extremen Positionen der Kamera, beispielsweise knapp über dem Boden, stets die volle Kamerakontrolle und kann eine dementsprechend präzise Einstellung der Kamerasicht vornehmen.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stabilisierungssystems
- 2a zeigt eine Detailansicht einer Magnetfederanordnung der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 1 in der Frontalansicht
- 2b zeigt eine Detailansicht der Magnetfederanordnung aus 2a in der Seitenansicht
- 3a zeigt eine Detailansicht der ersten Verbindungsanordnung der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 1 in einem ersten Zustand
- 3b zeigt die Detailansicht aus 3a in einem zweiten Zustand
- 3c zeigt die Detailansicht aus 3a im ersten Zustand in einer Frontalansicht
- 4a zeigt eine Detailansicht der zweiten Verbindungsanordnung der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 1 in einer Frontalansicht
- 4b zeigt die zweite Verbindungsanordnung aus 4a in einer Seitenansicht
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stabilisierungssystems 10. Zu sehen ist eine kameraführende Person mit einer Körperweste 20. Diese weist an ihrer Vorderseite eine Versteifung 21 auf, welche bspw. durch Hartplastik oder eine Metallplatte gegeben sein kann. Körperwesten dieser Art werden auch bei bereits bekannten Stabilisierungssystemen aus dem Stand der Technik wie beispielsweise bei herkömmlichen Steadycamlösungen eingesetzt. Über einen Hüftgurt, einen Bauchgurt und zwei jeweils über die Schultern reichende Träger wird die Gewichtskraft des Stabilisierungssystems 10 im Wesentlichen auf die Hüfte und den unteren Rumpf der kameraführenden Person geleitet, wodurch eine erhebliche Entlastung der Wirbelsäule resultiert. An der Versteifung 21 ist eine Magnetfederanordnung 30 angeordnet, welche in den 2a und 2b näher beschrieben wird.
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Am unteren Ende der Magnetfederanordnung 30 befindet sich eine Auslegeraufnahme 36 mit einem horizontal drehbaren ersten Kopplungselement 361 Dieses ist über ein zweites Kopplungselement 411 mit einem Ausleger 41 einer ersten Verbindungsanordnung 40 fest verbindbar. Die erste Verbindungsanordnung 40 besteht aus zwei Teilen, welche in der in 1 abgebildeten Position in einem 90-Grad Winkel zueinander angeordnet sind, wobei der Ausleger 41 einen der beiden Teile darstellt. Der andere, auf den Ausleger 41 senkrecht stehende und abklappbare Teil (abklappbarer Abschnitt 46) ist über ein Gelenk 42 mit dem Ausleger 41 verbunden. Die erste Verbindungsanordnung 40 wird in den 3a, 3b und 3c näher erläutert.
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Am oberen Ende des abklappbaren Teils 46 befindet sich ein drittes Kopplungselement 45, welches mit einer zweiten Verbindungsanordnung 50 über ein viertes Kopplungselement 55 fest verbindbar ist. Die zweite Verbindungsanordnung 50 wird in den 4a und 4b im Detail dargestellt. Ebenfalls mit der zweiten Verbindungsanordnung 50 verbunden ist ein Gimbal 60, auf dem eine Kamera 70 montiert ist. Sowohl die Kamera 70 als auch das Gimbal 60 sind handelsübliche Gegenstände, welche dem Fachmann bekannt sind. Daher wird an dieser Stelle auf eine nähere Beschreibung dieser Komponenten verzichtet.
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Die zweite Verbindungsanordnung 50 weist einen T-Ausleger 54 auf, auf dem ein Führungsgriff 53 beweglich (also einstellbar wie oben definiert) montiert ist. Enthält dieser Führungsgriff Steuerungselemente wie z.B. einen Joystick (nicht abgebildet), kann anhand dessen die Blickrichtung der Kamera 70 über das Gimbal 60 zusätzlich gesteuert und ausgerichtet werden. Zudem verfügt die zweite Verbindungsanordnung 50 über zwei Griffe 56, wobei in der dargestellten Ansicht lediglich einer dieser beiden Griffe 56 sichtbar ist, da der eine Griff 56 den Blick auf den anderen versperrt.
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In den 2a und 2b wird die Magnetfederanordnung 30 in einer frontalen Ansicht (2a) und in einer Seitenansicht (2b) detailliert dargestellt. Die Magnetfederanordnung 30 weist in dieser Ausführungsform der Erfindung zwei Magnetfedern 31 auf, welche jeweils über einen hohlzylinderförmigen Stator 311 und einen darin translatorisch bewegbaren stabförmigen Läufer 312 verfügen, wobei die Läufer 312 länger sind als die Statoren 311. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen mit mehr oder weniger Magnetfedern 30 denkbar.
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Die Magnetfeder 31 nutzt das Funktionsprinzip der magnetischen Abstoßung bzw. Anziehung. Dazu ist typischerweise der Läufer 312 über einen Teil seiner Länge magnetisiert und der Stator 311 aus einem magnetischen Material. Wird der Läufer 312 in den Stator 311 gesteckt, wirkt die magnetische Kraft derart, dass der Läufer 312 in den Stator 311 hineingezogen wird, bis sich der magnetisierte Teil des Läufers 312 vollständig im Stator 311 befindet. Aus dieser Position heraus, kann der Läufer 312 mit einem Kraftaufwand, welcher die von der Magnetisierung hervorgerufenen Kraft übersteigt, translatorisch im Stator 311 bewegt werden.
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Der Arbeitsbereich der Magnetfeder wird durch die Länge der Magnetisierung des Läufers 312 und die Länge des Stators 311 definiert. Er endet, wenn sich der magnetisierte Teil des Läufers 312 komplett außerhalb des Stators 311 befindet. Die Besonderheit der Magnetfeder 30 ist, dass durch die Magnetisierung über den gesamten Arbeitsbereich eine konstante Kraft auf den Läufer 312 ausgeübt wird.
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Wird also an einem senkrecht angeordneten Läufer 312 einer Magnetfeder 31 ein Gewicht vorgesehen, dessen Gewichtskraft der durch die Magnetisierung hervorgerufenen Kraft entspricht, befinden sich diese beiden Kräfte im Gleichgewicht, wodurch die Gewichtskraft des Gewichts durch die Magnetfeder kompensiert wird. Der Läufer kann dann durch eine zusätzlich aufzubringende kleine Kraft innerhalb des Arbeitsbereichs der Magnetfeder mühelos verschoben werden. Das Gewicht wird somit „zum Schweben“ gebracht. Dieses Funktionsprinzip macht sich das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem 10 zu nutze.
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Da unterschiedlich stark magnetisierte Statoren 311 und Läufer 312 zur Verfügung stehen und diese beliebig miteinander kombinierbar sind, kann eine stufenweise einstellbare Gesamt-Magnetkraft erzielt werden, die auf die Gesamt-Gewichtskraft des Stabilisierungssystems 10, typischerweise zwischen 60 und 120N abgestimmt ist. Damit ist die Verwendung einer Vielzahl von Gimbals 60 und Kameras 70 mit unterschiedlichen Gesamtgewichten möglich. Eine aufwändige Ausbalancierung vor jeder Aufnahme wie bei Federarmsystemen entfällt. Eine Magnetfeder arbeitet passiv, d.h. es wird keine externe Energiezufuhr benötigt, und, abgesehen von gelegentlicher Schmierung des Läufers ist sie wartungsfrei.
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Bei der vorliegenden Magnetfederanordnung 30 aus den 2a und 2b sind die Statoren 311 fest in einem Gehäuse 33 der Magnetfederanordnung 30 angeordnet. Die Läufer 312 hingegen sind fest mit einer Auslegeraufnahme 36 verbunden. Diese wiederum ist unbeweglich integriert in einen Schlitten 34, welcher in einer Führung 35 (siehe 2b) in vertikaler Richtung entlang des Gehäuses bewegt werden kann. Die Führung 35 ist in dieser Ausführungsform anhand von mehreren Rollen 351, 352 gegeben, welche in Führungsrollen 351 und Abstützrollen 352 unterteilt werden können. Die Führungsrollen 351 sind in der Zeichnungsebene oben am Schlitten 34 angeordnet und laufen in im Gehäuse 33 integrierten Schienen. Die Abstützrollen 352 hingegen stützen den Schlitten 34 am in Zeichnungsebene unteren Ende der Magnetfederanordnung 30 den Schlitten 34 gegen eine Rückplatte 37, auf der die Anordnung 30 montiert ist, ab. Die gezeigte Ausführungsform der Führung 35 hat den Vorteil, dass die Hebelwirkung des Stabilisierungssystems 10 gut ausgeglichen werden kann. Selbstverständlich ist trotzdem jede andere Form der Linearführung ebenfalls denkbar, ohne vom Erfindungsgedanken abzurücken.
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Somit setzt sich die Anordnung 30 aus zwei anhand der Führung 35 gegeneinander translatorisch verschiebbaren Bestandteile ab, wobei Sie anhand der Rückplatte 37 an der Körperweste 20 befestigt ist. Der erste Bestandteil besteht aus dem Schlitten 34, der Auslegeraufnahme 36 mit dem ersten Kopplungselement 361 und den Läufern 312 der Magnetfedern 31, wohingegen der andere Bestandteil aus dem Gehäuse 33, der Rückplatte 37 und den Statoren 311 besteht.
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Wird die Auslegeraufnahme 36 unter Berücksichtigung des Eigengewichts von Schlitten 34 und Auslegeraufnahme 36 durch eine vertikal in Zeichnungsebene nach unten wirkende Kraft belastet, welche im Betrag der durch die Magnetisierung der Magnetfedern 31 hervorgerufene Kraft entspricht, so befindet sich das System im (Kräfte-)Gleichgewicht. Der Schlitten 34 kann dadurch samt Auslegeraufnahme 36 durch eine sehr geringe zusätzlich aufzubringende Kraft vertikal entlang der Führung 35 im Arbeitsbereich der Magnetfedern 31 nach oben und unten bewegt werden. Um diese zusätzliche Kraft auf den Schlitten 34 aufzubringen, ist in der gezeigten Ausführungsform der Erfindung am Schlitten 34 ein Magnetfedergriff 38 vorgesehen.
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Wie 1 zu entnehmen ist, sind an der Auslegeraufnahme 36 die beiden Verbindungsanordnungen 40 und 50 und damit das Gimbal 60 samt Kamera 70 befestigt. Das oben geschilderte Kräftegleichgewicht wird also durch das Eigengewicht der genannten Komponenten auf der einen und der Magnetkraft der Magnetfedern 31 auf der anderen Seite hergestellt. Anders ausgedrückt wird das Eigengewicht der Komponenten durch die Magnetfedern 31 kompensiert, wodurch es der kameraführenden Person anhand eines äußerst geringen Kraftaufwands möglich ist, die Höhe der Kamera 70 zu verändern, ohne dabei bspw. in die Knie gehen zu müssen.
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In den 3a, 3b und 3c wird die erste Verbindungsanordnung 40 der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 1 aus verschiedenen Ansichten detailliert dargestellt. Die Anordnung 40 weist einen Ausleger 41 auf, welcher, wie bereits geschildert, an der Auslegeraufnahme 36 über das erste Kopplungselement 361 und das zweite Kopplungselement 411 horizontal drehbar verbunden wird. Weiterhin weist sie einen abklappbaren Abschnitt 46 auf, welcher über ein Gelenk 42 mit dem Ausleger 41 verbunden ist. Anhand eines dritten Kopplungselements 45 wird die erste Verbindungsanordnung 40 mit der zweiten Verbindungsanordnung 50, wie in 1 dargestellt, verbunden. Der abklappbare Abschnitt 46 besteht aus einer geraden Achse 461, die in zwei horizontal angeordneten Kugellagern 462 und 463 drehbar angeordnet ist, wobei das untere Kugellager 462 über das Gelenk 42 vertikal neigbar mit dem Ausleger 41 verbunden ist. Anhand der horizontal angeordneten Kugellager 462 und 463 kann bei aufrechter Stellung der geraden Achse 461 die Bewegung des horizontalen Schwenkens der Gimbaleinheit realisiert werden. Sie dienen somit als Drehlagerung für die gerade Achse 461.
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Über das Gelenk 42 kann der abklappbare Abschnitt 46 gegenüber dem Ausleger 41 abgeklappt werden. Ein vollabgeklappter Zustand der ersten Verbindungsanordnung 40 ist in 3b dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass auch alle Zwischenpositionen zwischen den beiden in 3a und 3b gezeigten Zuständen möglich sind. Die Drehbarkeit der geraden Achse 461 in den Kugellagern 462 und 463 bleibt dabei in jeder Position beim Abklappen voll erhalten. Die resultierende Bewegungsrichtung variiert dabei je nach Ausmaß des Abklappens. In aufrechter (3a) und vollabgeklappter (3b) Position resultiert horizontales Schwenken. Bei bspw. Vorwärtsklappen um 90 Grad resultiert hingegen eine Rollbewegung, mit der bspw. bei nach vorne gerichteter Kamera der visuelle Effekt des Hin- und Herschwankens absichtlich herbeigerufen werden kann. Vor allem aber sind über den Abklappmechanismus beispielsweise durch den in 3b gezeigten Zustand extrem bodennahe Aufnahmepositionen möglich, wobei sich die kameraführende Person weiterhin aufrecht bewegen kann, wodurch der Komfort für derartige Aufnahmen stark erhöht wird.
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Durch das Gewicht der am dritten Kopplungselement 45 angebrachten zweiten Verbindungsanordnung 50, dem Gimbal 60 und der Kamera 70, entsteht beim Abklappen des abklappbaren Abschnitts 46 eine Hebelwirkung, welche die genannten Komponenten nach unten zieht und somit von der kameraführenden Person auszugleichen ist. Um den Ausgleich zu erleichtern, sind an der ersten Verbindungsanordnung zwei elastische Elemente 43 vorgesehen (siehe 3c), welche zwischen dem Ausleger 41 und dem horizontalen Kugellager 463 angeordnet sind und somit durch die abklappende Bewegung gedehnt werden. Durch die Dehnung entsteht eine Kraft, welche der abklappenden Bewegung entgegenwirkt. Je weiter abgeklappt der abklappbare Abschnitt 46 ist, desto größer wird die Dehnung und die durch sie hervorgerufene Ausgleichskraft. Dadurch wird die von der kameraführenden Person aufzubringende Kraft zum Ab- und wieder Aufklappen reduziert.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden elastischen Elemente 43 als Gummibänder vorgesehen, welche auf der einen Seite anhand eines Befestigungsmittels 44 an dem Ausleger 41 und auf der anderen Seite je über ein Zwischenelement 47 am oberen horizontalen Kugellager 463 befestigt sind. Das Befestigungsmittel 44 ist durch eine Metallplatte, welche über eine Flügelschraube am Ausleger 41 angeschraubt wird und das elastische Element 43 zwischen sich und dem Ausleger 41 einklemmt, gegeben. Über die Position der Metallplatte kann auch die Vorspannung der elastischen Elemente 43 und damit die resultierende Ausgleichskraft beim Abklappen eingestellt werden.
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Erreicht der abklappbare Abschnitt 46 eine Position, in der er sie sich ca. um 90 Grad zur in 1 gezeigten Ausgangsposition abgeklappt befindet, erreichen die Zwischenelemente 47 jeweils ein Abstützelement 48. Erfolgt ein Abklappen über diese Position hinaus, stützen sich die Zwischenelemente 47 jeweils am entsprechenden Abstützelement 48 ab (siehe 3b). Zwar sind ohne Zweifel auch Ausführungsformen ohne Zwischenelemente 47 und/oder Abstützelemente 48 denkbar, in denen die elastischen Elemente 43 direkt mit oberen Kugellager 463 verbunden sind, jedoch haben derartige Ausführungsformen den Nachteil, dass die elastischen Elemente 43 dann irgendwo an der ersten Verbindungsanordnung 40 reiben würden und somit der Verschleiß dieser Elemente 43 deutlich erhöht wäre. Zudem bestünde eine größere Gefahr, dass sich die Elemente 43 irgendwo einklemmen könnten, wodurch der Gebrauch des Systems behindert werden würde.
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Die 4a und 4b zeigen Detailansichten der zweiten Verbindungsanordnung 50 der erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 1, wobei 4a eine Frontalansicht und 4b eine Seitenansicht zeigt. Die zweite Verbindungsanordnung 50 weist ein viertes Kopplungselement 55 auf, mit welchem die zweite Verbindungsanordnung 50 über die dritte Kopplungsanordnung 45 mit der ersten Verbindungsanordnung 40 verbunden werden kann. Eine derartige Kopplung kann beispielsweise über ein Steck- und Schnellspannersystem erfolgen, wie es bei derartigen Systemen weit verbreitet ist.
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Weiterhin weist die zweite Verbindungsanordnung 50 einen T-Ausleger 54 auf, an dessen einem Ende ein Führungsgriff 53 ohne oder mit Joystick (zur Einstellung des Gimbals 60) und an dessen anderen beiden Enden jeweils Griffe 56 angeordnet sind. Der T-Ausleger 54 hat von oben betrachtet (Ansicht nicht abgebildet) die Form eines „T“s. Vorzugsweise mit dem Führungsgriff 53, aber auch mit den seitlichen Griffen 56 kann die Kamera also um die gerade Achse 461 geschwenkt werden. Dadurch sind bspw. bei aufrechter Stellung der geraden Achse 461 „seitliche“ Aufnahmen, etwa eines Spaziergängers, oder, bei zusätzlich seitlich geschwenktem Ausleger 41 auch Aufnahmen an der kameraführenden Person vorbei nach hinten, also „rückwärts“ möglich. Die kameraführende Person kann sich dabei weiterhin vorwärtsbewegen. Dadurch wird der Komfort bei Aufnahmen aus derartigen Kamerapositionen deutlich erhöht.
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Das Gimbal 60 wird anhand einer Gimbalaufnahme 52 mit der zweiten Verbindungsanordnung 50 verbunden. Die Gimbalaufnahme 52 wiederum ist durch ein Federsystem 51 mit den Griffen 56 verbunden, wobei das Federsystem 51 in der vorliegenden Ausführungsform durch zwei einzelne parallel angeordnete Federn gegeben ist. Die Federn sind dabei an ihrem Ende in jeweils horizontal verlaufenden Linearführungen auf den Griffen 56 gelagert. Zweck des Federsystems ist es, die beim Gehen entstehenden Auf- und Abbewegungen der Kamera 70 weicher zu gestalten und möglichst umfassend auszugleichen.
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In der Zusammenschau der einzelnen Komponenten ergibt sich das in 1 gezeigte Stabilisierungssystem 10. Dabei ist es der kameraführenden Person möglich, unter geringstmöglichem Kraftaufwand diverse Kamerapositionen einzunehmen und beispielsweise auch bodennahe Aufnahmen oder seitliche und rückwärts gerichtete Aufnahmen in aufrechter Körperhaltung und im Vorwärtsgehen durchzuführen. Um auch bei derartigen Kamerapositionen die vollständige Bildkontrolle sicherstellen zu können, ist es möglich, einen Monitor oder Display wie etwa ein Smartphone 80 an einer dafür vorgesehenen Halterung an bspw. dem Führungsgriff 53 der zweiten Verbindungsanordnung 50 vorzusehen, wobei auf den Monitor oder das Display das Live-Kamerabild gestreamt werden kann. Die Position des Monitors 80 kann dabei über diverse Einstellmöglichkeiten so angepasst werden, dass die kameraführende Person unabhängig von der Position des Gimbals 60 und der Kamera 70 auch bei Aufnahmen aus Kamerapositionen, in denen sie das Kameradisplay nicht einsehen kann, die vollständige Bildkontrolle hat.
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Durch Entkoppelung der einzelnen Probleme, welche Stabilisierungssysteme nach dem Stand der Technik mit sich bringen, und die Lösung der Probleme durch jeweils einzelne voneinander unabhängige Ansätze, insbesondere die sinnvolle Verteilung der Aufgaben der Systemelemente, das sind: die Gewichtskraftkompensation direkt am Körper, die Kameraführung in bequemer Reichweite der Hände und die autonomen Bewegungskorrekturen nahe an der Kamera, gelingt es, ein System bereitzustellen, welches mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine stabile, präzise Kameraführung mit einer Vielfalt von Kamerapositionen ohne große körperlicher Anstrengung für die kameraführende Person und bei ständiger Bildkontrolle ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stabilisierungssystem
- 20
- Körperweste
- 21
- Verstärkung
- 30
- Magnetfederanordnung
- 31
- Magnetfeder
- 311
- Stator
- 312
- Läufer
- 33
- Gehäuse
- 34
- Schlitten
- 35
- Führung
- 351
- Führungsrolle
- 352
- Abstützrolle
- 36
- Auslegeraufnahme
- 361
- erstes Kopplungselement
- 37
- Rückplatte
- 38
- Magnetfedergriff
- 40
- erste Verbindungsanordnung
- 41
- Ausleger
- 411
- zweites Kopplungselement
- 42
- Gelenk
- 43
- elastisches Element
- 44
- Befestigungsmittel
- 45
- drittes Kopplungselement
- 46
- abklappbarer Abschnitt
- 461
- gerade Achse
- 462
- unteres horizontales Kugellager
- 463
- oberes horizontales Kugellager
- 47
- Zwischenelement
- 48
- Abstützelement
- 50
- zweite Verbindungsanordnung
- 51
- Federsystem
- 52
- Gimbalaufnahme
- 53
- Führungsgriff
- 54
- T-Ausleger
- 55
- viertes Kopplungselement
- 56
- Griff
- 60
- Gimbal
- 70
- Kamera
- 80
- Monitor
