JP2015519612A - 改良カメラ位置決め装置 - Google Patents

Abstract

様々な操作者支持型カメラ位置決めシステムが開示される。カメラ位置決めシステムは、カメラマウント上の様々な種類のカメラの並進および回転移動を可能にする。ハンドルバーまたは長尺状のビームなどの操作者インタフェースが、一連の回転連結具を介してカメラマウントを動作可能に支持することができ、それにより１つ、２つまたは３つの軸の周りでのカメラマウントの相対的な回転を可能にする。これら軸のいくつかまたは全部の周りでの回転は、駆動装置によって制御可能であり、これら駆動装置用の制御信号は、１つまたは複数の慣性トランスデューサによって生成可能であり、１つまたは複数の制御された回転軸の周りでのシステムの回転移動に応答してカメラマウントの慣性的に固定された向きからの逸脱を低減することによって、表面マウントおよび関連付けられるカメラの向きならびに照準を安定化する。

Description

本出願の主題は、カメラ支持システムに関する。

本出願に参照により組み込まれる（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、（特許文献４）および（特許文献５）で考察されるように、使用者によって支持することができかつ使用者の手の届く範囲を越えるさまざまな動きのために安定したプラットフォームを提供できるカメラ位置決めシステムは、多数の利点を提供することができる。このようなシステムは、使用者の標準的な身長および手の届く範囲を越えて、略垂直な範囲にわたり、垂直カメラ機能を提供することができる。自立型システムは、どのような向きにおいても複雑な動きを通して滑らかな支持を提供することができ、それは、開いた車の窓越しに車両の内側を横切るなど、制限されたアクセス環境におけるショットを含み得る。

重さのつり合わせに関する現場での調節機能の向上、さらなる重量低減の技術、ならびに、様々な種類のカメラを汎用的なプラットフォームに収容する能力、およびプラットフォームを安定化する能力は、現場で現在の限界に対処する際に有利である。

米国特許第６，５３０，７０２号明細書 米国特許第６，９２３，５４２号明細書 米国特許第６，９８８，８０２号明細書 米国特許第６，９９４，４３６号明細書 米国特許第７，１２８，４１９号明細書

本発明の目的は、上記したカメラ支持システムをより向上させたカメラ支持システムを提供することにある。

本発明の態様によれば、操作者支持型カメラ位置決めシステムはカメラプラットフォームアセンブリを含むことができ、カメラプラットフォームアセンブリは様々な種類のカメラを選択的に取り付けるためのカメラマウントを有する。カメラマウントは１つまたは２つのアームによって支持することができ、アームは、第１回転軸の周りを回転するように、例えばカメラ照準のチルトを可能にするために、カメラマウントに回動式に取付けられる。カメラプラットフォームアセンブリはさらに、第２回転軸の周りをカメラマウントが回転するように、例えばカメラ照準のパンまたはロールを可能にするために、カメラプラットフォームアセンブリに回動式に接続されるカメラプラットフォームアセンブリ支持具によって支持することができる。

操作者支持型カメラ位置決めシステムは、一人の操作者によって、ハンドグリップ、ハンドルまたは身体支持型ベスト、ストラップ等を使用して保持される、または支えられる。操作者インタフェース構造が、システムの操作者支持および制御のための少なくとも１つの係合面を提供し、プラットフォームアセンブリ支持具に接続する。操作者インタフェース構造は、例えば、カメラプラットフォームアセンブリに隣接するハンドルとして、またはカメラマウントを操作者から離れた距離のところに、腕の届く範囲を越える高さおよび範囲に位置付けることを可能にする長尺状のビームとして、構成可能である。操作者インタフェースはまた、カメラプラットフォームアセンブリの近くのモジュール式ハンドルバーを、モジュール式ハンドルバーに取外し可能に接続可能な長尺状のビーム延長部と組み合わせることができる。

慣性トランスデューサがこのシステムに取り付けられ、回転軸の１つの周りでのトランスデューサの回転運動を感知する。トランスデューサは回転運動に応答して制御信号を生成し、回転軸の１つの周りでのカメラマウントの回転を制御するようにカメラプラットフォームアセンブリに接続された回転駆動装置を制御する。回転駆動装置は、１つの回転軸の周りでのカメラマウントの慣性的に固定された向きからの逸脱を実質的に低減する。

慣性トランスデューサは好ましくは調整可能な利得を有し、利得は、ゼロからユニティを超えるある値までの値の範囲にわたって選択的に設定可能である。操作者は利得をユニティを超える値に設定し、前景の写真被写体を含むある角度にわたり位置決め装置を回転させてもよく、それによりカメラ照準が、慣性的に固定された照準を越えて過修正すること、および続いてカメラの可視情景内で前景被写体の自動「手放し」前景追跡を実行することを行う。

カメラマウントは、操作者インタフェースシステムに対して、１つ、２つまたはさらには３つの回転軸の周りを回転することができる。回転軸のいくつかまたは全部は駆動制御可能であり、軸のいくつかまたは全部の周りでの回転は慣性トランスデューサによって安定化することができる。

カメラマウント安定化に対する別の方法は、回動式基準ポストの使用を含むことができ、回動式基準ポストはカメラマウントに結合され、調整された向きを維持する。基準ポストは操作者インタフェースに回動式に取付け可能であり、かつ、重力の下で垂直の向きを維持するために重み付けすることができる。機械的な連結を介して、または電子的な調整を介して、この垂直探索柱は、カメラマウントを自動的に水平にすることができる。

本発明の別の態様によれば、カメラプラットフォームアセンブリは、カメラマウント上でカメラまたはレンズが交換されると、重さおよび重心の変化に関してバランスを取り直すように調整可能であることができる。カメラプラットフォームアセンブリは、調整可能に接続される管状構成要素から構成可能である。調整可能な接続は、接続ハードウェアの重さおよび複雑さを回避するために、精密許容差の嵌合を含むことができる。

より一般的またはより安価な構造物よりも決定的な利点を得るために、航空機機体および人工衛星などの航空宇宙構造物で一般的に使用される材料から製造された極めて高い剛性重量比（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ−ｔｏ−ｗｅｉｇｈｔ）の構造物を、提示される実施形態で使用することができる。１つの利点は、支持構造物のより高い自然共振周波数を得ることである。これは、基本波すなわち最も低い自然周波数をより高い値まで押し上げ、かつ、関連する振幅をより低い値まで押し下げるという複合効果を有し、その結果、そのような構造物の自然共振振動をカメラ画像内で目立ち難くする、または目立たなくする。軽量の別の利点は、より低い操作者の疲労速度である。

これら特徴を使用する、操作者によって自立されるカメラ位置システムは、操作者支持システムからの情景接近性および機動性の利点を提供する一方、様々な複雑なショットを通して画像安定性を提供することができる。

本発明の態様によるカメラ位置決めシステムの等角図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムのカメラプラットフォームアセンブリの上からの近接斜視図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムで使用するためのカメラプラットフォームアセンブリの上面斜視図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムのカメラプラットフォームアセンブリの構成において使用される管状構成要素の近接斜視図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムの分解斜視図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムのパン駆動モジュールに回転可能に接続されるパンフォーククラウンの一部の等角図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムのパン駆動モジュールの斜視図である。 図１に示されるカメラ位置決めシステムの別の斜視図である。 本発明の態様によるカメラ位置決めシステムの別の実施形態を示す。 位置決め装置の前端部アセンブリの斜視図であり、パン／チルトアセンブリに取り付けられたカメラを示す。 図９の位置決め装置の先端部の近接斜視図である。 図９の位置決め装置の基端部の近接斜視図である。 図９の位置決め装置の使用者制御基端部の別の近接斜視図である。 図９に示される位置決め装置のパンチルトアセンブリの近接図であり、ジャイロ慣性トランスデューサの位置を示している。 本発明の態様による別の実施形態の斜視図である。

本発明の態様による様々な実施形態は、操作者支持型カメラ位置決めシステムを対象とする。本明細書中で使用される際、「操作者支持型」は、ショルダーマウントまたはハーネス等を用いるなど、操作者の身体による支持の有無にかかわらず、ハンドルまたはグリップを介してシステムを保持することによって、システムを操作者が支えることができることを意味する。実施形態の様々な構成は、システムを保持しながらまたは自立させながら操作者によって制御される多様な複雑な動きを通して画像キャプチャを提供するのに十分に軽量でありかつ安定化されたシステムを提供する。

図１は、改良された位置決め装置１１０の実施形態を示す。位置決め装置１１０は、カメラ１１４を支持するパン−チルトアセンブリ１１２などのカメラプラットフォームアセンブリを含む。パンベアリングハウジング１１６などの操作者インタフェース構造が、パン−チルトアセンブリ１１２を回転式に支持する。使用者の手の届く範囲を越えるカメラ範囲のさらなる延長は、１つまたは複数のビーム延長部構成要素１１８によって提供することができる。

位置決め装置の各部分の実施形態の詳細な記載は、まず、パン−チルトアセンブリ１１２の考察が続き、その後、パンベアリングヘッド１１６の態様の記載、および最後にビーム延長部構成要素１１８の態様の記載が続く。

位置決め装置と別個の道具としてカメラを選択する能力を使用者に与えることが重要である。したがって、一般的な全体荷重に対して支持部を作ることに焦点は置かれる。９．０７〜１１．３４ｋｇ（２０〜２５ ｌｂｓ）までのカメラ重量の支持が達成可能であり、現在の焦点は２．２７〜４．５４ｋｇ（５〜１０ ｌｂｓ）の範囲の支持に置かれ、支持はこの範囲の２倍までの保証荷重を有する。

カメラ位置決め装置は、パン−チルトプラットフォームと、パンベアリングヘッドとをモジュラーユニットとして含む。
片面パンフォークは改良されたカメラアクセスを提供することができるが、さらなる構造を、したがって、さらなる重量を必要とする。１つの課題はつり合いである。カメラマウントは横方向に調整可能であり、パン−チルトはベアリングヘッドに対して横方向に調整可能である。チルトアームは、垂直方向の調整を可能にする調整可能なプレートを有する。

設計は単純であり、部品数が少なく、かつ、軽量であるが、同時に相対的に極度の剛性を維持する。
構成要素の可変調整度を有する両面支持キャリッジは、締結具の複雑さおよび重量を回避するために精密許容差で嵌合する管状構成要素を使用する。密に嵌合する管状アセンブリは伸縮可能であり、幅広い範囲のカメラサイズクラスに対する支持を提供し、また様々な剛性要件を備えた支持を提供する。

図２は、パンベアリングハウジング１１６の下のパンチルトアセンブリ１１２を示す。チルトキャリッジ１２０が、パンフォーク支柱１２２などの１つまたは複数のアームの間で入れ子状にされる。プラッター１２４などのカメラマウントが、カメラ１２６を支持することができる。カメラプラッター１２４は、様々な種類のカメラと、関連付けられる取付け用固定具とを収容するための平らな表面を提供することができる。チルトキャリッジ１２０は、第１回転軸の周りで回転するようにアクスル管１２８によって支柱１２２に接続することができる。

図３は、調整可能なカメラプラットフォームアセンブリの実施形態を示す。チルトキャリッジ１２０は、カメラプラッター１２４と、下部クロスバー１３２に固定可能な前後レール１３０とを支持する。ライザ１３４は下部クロスバー１３２に固定可能であり、上部クロスバー１３６に対し摺動可能に接続するように延びることができる。ピン１３８は、「駆動装置」側チルトアーム１４０および「ケーブル」側チルトアーム１４２を、上部クロスバー１３６に固定することができる。

図４は、ケーブル側チルトアーム１４２の実施形態の近接図を示す。チルトアーム１４２はチルトベアリング面１４４を有する。同様のベアリング面は、駆動装置側チルトアーム１４０（不図示）に設けることができる。チルトアーム１４０、１４２は分割された機能を有することができ、ケーブル側チルトアーム１４２はケーブルの通過を支持し、一方駆動装置側チルトアーム１４０は、チルト駆動装置および関連する電子部品を支持する。チルトアーム１４０、１４２は中空であってもよく、また、管状カーボンファイバ構成要素であってもよい。チルトアーム１４０、１４２は、同一の寸法であってもよい。

図５は、パンチルトアセンブリ１１２のパン部分１４６を示し、説明を容易にするためにチルト部分は取り外されている。駆動装置側チルトアクスル管１４８がチルトアクスルマウント１５０に接続し、チルトアクスルマウント１５０は支柱１２２上で摺動可能に調整可能である。チルトアクスルマウント１５０は、ケーブル側チルトアクスル管を支持するために反対のケーブル側に設けることができる。支柱１２２の反対側のセットは、パンフォーククラウン１５２に属する。

パンチルトアセンブリ１１２は、カメラプラッター１２４からパンフォーククラウン１５２までの全体を通して、チタニウム管と相互に接続された長方形の中空カーボンファイバ組成管のアセンブリによって構成することができる。接続部分の一部は、回転するパンチルトアセンブリ１１２の動的なつり合いを可能にするために、摺動可能かつ調整可能である。この設計技術は、従来式の締結具の必要性を最小化し、また、関連する重量および設計の複雑さを回避する。

図６は、パンアクスル管１５６を用いてパン駆動モジュール１５４に回転可能に接続されたパンフォーククラウン１５２の一部を示し、パンアクスル管１５６は、パン駆動モジュール１５４上のベアリング面と係合する。パンアクスル管１５６は、ケーブルが通過するのに十分な大きさでなければならない。

図７はパン駆動モジュール１５４の実施形態を示す。ギヤボックス１５８が駆動モジュール１５４に取り付けられている。スプロケットハブ１６０がパンアクスル管１５６に取り付けられている。スプロケットハブ１６０およびギヤボックス１５８はチェーン１６２によって結合することができる。ギヤボックス１５８に接続された溝穴付きプレートおよびボルトから構成されたチェーンテンショナ１５９は、チェーン１６２の適切な張力を維持するように調整することができる。テンショナ１５９は、過負荷時にスリップしてチェーンの張力を弛緩することによって駆動構成要素に過負荷保護という追加の利点を提供する。パン駆動モジュール１５４は、パンベアリングハウジング１１６で囲むことができる。パン駆動モジュール１５４の反対側端部領域はまた、システム電子部品およびケーブルの筐体として使用することができる。

図８は位置決め装置１１０を示す。パンベアリングハウジング１１６は、パンベアリングハウジング１１６の中に囲まれたパン駆動モジュールを介してパンチルトアセンブリ１１２を支持する。パンベアリングハウジング１１６はまた、さらなる電子部品、モニターおよび関連するケーブル用のバッテリーおよびマウントを囲む。パンベアリングハウジング１１６はまた、使用者が操作者インタフェースとしてパンベアリングハウジング１１６を介して位置決め装置１１０を支持することを可能にするためにハンドル１６４を提供する。さらに、取外し可能な管状ハンドル（不図示）などのハンドル構造をパンベアリングハウジング１１６に取り付けることができる。

パンベアリングハウジング１１６はまた、ビーム延長部構成要素１１８に結合する。ビーム延長部構成要素１１８は、平行な連結構造に相互に接続される長方形のカーボンファイバ樹脂管によって構成することができる。管は、先端延長部１６８および基端延長部１７０を含む平行な軸方向延長部に対する調整可能な接続のため斜材１６６を含む。調整可能な接続は、回転可能なピンと、斜材１６６を固定モードに締め付けるためのカムレバークイックリリース部とを含む。

先端延長部１６８および基端延長部１７０の間の調整可能な平行オフセットは、使用者に必要とされる支持力を低減するために、基端延長部１７０の軸と実質的に一致するパンチルトアセンブリ１１２の総合質量中心の配置を可能にする。

基端延長部１７０は、使用者による支持および制御のためのハンドルとして機能する。ハンドル機能は、基端延長部１７０に取外し可能に取り付けられるさらなるハンドル構造（不図示）によって改良することができる。あるいは、さらなる延長モジュール（不図示）を基端延長部１７０に取り付けることができる。

再び図１を参照すると、パンチルトアセンブリ１１２は、動的なつり合いを得るために、三次元全てにおいて調整することができる。カメラなどの全体荷重が変わるとき、またはレンズなどの構成要素が変わるとき、パンチルトアセンブリ１１２と全体荷重の動的なつり合いを調整することができる。位置決め装置１１０の長手軸に沿ってパンチルトアセンブリ１１２および全体荷重の総合的重心を維持することが重要である。パンチルトアセンブリ１１２の構成要素が動的なつり合いを得るために調整されるとき、アセンブリの重心は、位置決め装置１１０の長手軸からオフセットされてもよい。ビーム延長部平行連結部を調整して、総合的重心を位置決め装置１１０の長手軸に沿って位置合わせし直すことができる。

この設計により、設計構造を変えることなく、調整された性能仕様が実現される。例えば、位置決め装置１１０全体を通して基本構成要素として使用される様々な構造管の壁厚を増大することによって、強度および剛性を高めることができる。

位置決め装置１１０の制御回路は、パンチルトおよびカメラ機能用に、使用者入力制御器と作動回路の間に無線インタフェースを含む。この構成において、受信機をパンベアリングハウジング内で、パン駆動モジュール内で、またはパンチルトアセンブリ上で支持する。使用者入力制御器は送信機を含む。無線インタフェースを用いると、使用者入力制御器を、操作者によってアクセス可能な装置に、操作者に、または他の離れた場所に配置することができる。無線インタフェースはまた、位置決め装置構成要素の１つまたは複数からの、およびカメラからの下り回線遠隔測定に対応することもできる。

制御回路中、位置決め装置１１０は、パンチルトアセンブリの各軸の角加速度計を含む慣性トランスデューサを含む。各慣性トランスデューサを能動的フィードバック制御ループの中で使用して、パンチルトアセンブリのモータ制御器への信号を介してパンチルトアセンブリ中の全体荷重を安定化する。操作者支持型位置決め装置は、操作者が、能動的フィードバック制御ループを使用者入力で打ち消すことを可能にする。

パンチルトキャリッジは、片側片持ち梁カメラ支持設計を含む。あるいは、上に記載したように両側アセンブリを提供する。
片側設計はより容易なカメラへのアクセスを可能にするが、例えばレンズ交換を含むカメラ全体荷重の変化のために、３つの軸に沿ったつり合い調整を必要とする。

このアセンブリは、様々な長さ、幅、高さおよび重量の全体荷重に対応するために伸縮可能である。
図９は改良された位置決め装置２１０の別の実施形態を示す。位置決め装置２１０は、カメラ２１４を支持するパンチルトアセンブリ２１２を有するカメラプラットフォームアセンブリを含む。パンベアリングアセンブリ２１６は、パンチルトアセンブリ２１２を回転式に支持する。使用者の手の届く範囲を越えるカメラ範囲の延長は、１つまたは複数のビーム延長部構成要素２１８によって提供することができる。位置決め装置は、ビーム２１８をその長さおよびパン制御アセンブリ２２０に沿って保持することによって保持かつ制御することができる。基準ポスト２２２、基準ポスト２２２の一端に固定された電子制御ボックス２２４、および基準ポスト２２２をパン制御ノブアクスル管に接続するためのインタフェース２２６を設けることができる。インタフェース２２６は、基準ポスト２２２に調整可能に摺動式に接続可能であり、また例えば、調整可能なロックカラーおよび摩擦嵌めゴムグロメットによって固定することができる。

基準ポスト２２２の他端に制御棒グリップ２３０を取り付けて、基準ポスト２２２を位置決め装置２１０のハンドルおよび手動制御装置として使用することができる。
図１０は位置決め装置の前端アセンブリの側面図であり、パン／チルトアセンブリに取り付けられたカメラを示している。カメラ２１４は、パンブラケット２３４内に回転式に入れ子状にされたチルトクレードル２３２のプラットフォーム面などのカメラマウントに固定することができる。パンブラケット２３４は、先端部パンベアリング管２３６を含むパンベアリングアセンブリ２１６によって支持される。

図１１は、位置決め装置の先端部の近接等角図であり、パンベアリングアセンブリ２１６をより詳細に示している。図１２は、位置決め装置の基端部の近接斜視図であり、パン制御アセンブリ２２０およびパン制御アクスル管２２８をより詳細に示す。先端部パンベアリング管２３６は、適切なベアリング２４０によってビーム構成要素２１８の端部に回転式に取り付けられる。位置決め装置の使用者端部からの、この先端部パンベアリング管２３６の、したがって、それに取り付けられたパン／チルトアセンブリの回転の基端部制御は、パン制御アクスル管２２８と先端部パンアクスル管２３６の間に延在するプル−プル式機械的制御ケーブル２３８として機能するコードループなどの機械的結合具によって提供することができる。パン制御アクスル管２２８は比較的小さい直径を有するため、プル−プル式ケーブルループ２３８は十分な制御トルクを発生させるために緊張した状態でなければならない。１つの方法は、ケーブル端部をつなぐテンションばねによってケーブル２３８に張力を与え、パン制御アクスル管２２８と先端部パンアクスル管２３６の間に連続ループを形成することである。

このケーブル連結はまた、アセンブリが衝突またはつかえた場合にスリップを許容し、容易な再設定を可能にする。
パンチルトアセンブリは、衝突の際、壊れるのではなく簡単に分解され、偶発的な衝突等のあとで比較的簡単に組み立て直すことが可能となるように寸法を決め、間隔を空けることができる。

パンの主軸自由度は、プル−プル式ケーブルを介して得られる。この安定装置は機械的連結を介して重力平準化を移すので受動的である。チルト制御は電子サーボ制御を介した能動的な慣性安定化である。パンチルトアセンブリは、選択的に係合可能なギヤアセンブリを有するチルトサーボを含むことができる。

１つの基本的実施形態では、カメラ位置決め装置は、カメラが取り付けられたパン／チルトアセンブリのパンを調整するために、制御管と先端部パンアクスル管の間のプル−プル式ケーブル連結などの機械的または電子機械的連結を介した連鎖したカメラ照準を可能にする直感的制御システムを提供する。

そのような実施形態では、チルトは、ビーム要素の回転を介して実行することができる。
この完全に機械的な実施形態は、水中での使用に好適である。

ビーム要素に対し薄肉チタニウム管を、および低質量複合材料を使用することにより、ほぼ中立的に浮遊性の位置決め装置をもたらすことができる。
この基本的実施形態から、基端部パン制御管２２８に取り付けられたノブ２４４を介してパン制御を達成する。このノブ２４４は割出し点目印を含む。パン制御管２２８と先端部パン管２３６の間の連結により、ノブ上の割出し目印は、位置決め装置ビーム要素の動きから独立して、カメラ照準方向を示すことができる。

図１３は、位置決め装置の使用者制御基端部の近接等角図である。パン制御は、基端部パン制御管に取付け可能な基準ポスト２２２などの重力慣性制御装置の使用を含むように、さらに修正することができる。基準ポスト２２２は、垂直面に対し自ら水平を取るように重み付けすることができる。ケーブル連結を介して、基準ポスト２２２の垂直位置調整により、カメラはビーム要素を使用して移されるので、カメラの水平化、特にカメラの水平面の水平は維持される。

結果として、空間的な向きは、基準ポスト２２２とパンチルトアセンブリの間で維持される。この好ましくは平行な向きは、剛性の機械的連結ではなくケーブル連結を介して達成される。基準ポスト２２２の振り子が、垂直を探し求めることを許されるので、それによりカメラの水平面の水平は維持される。換言すると、重み付けされた基準ポスト２２２により、カメラのパンチルトプラットフォームは自動的に水平をとる。

この自動水平化は、パンまたは主軸が水平に対し平行に維持されるとき可能であり、主軸周りでの回転を、カメラ画像の中で回転として現われる。レベルが水平であることは画像品質の懸念にとってしばしば望ましく、したがって、これを達成する受動的または能動的ないずれのシステムも、プラットフォームに価値を加える。

上記したように、基本形態におけるチルト制御は、ビーム要素の回転によって達成することができる。チルトはまた、サーボ制御システムを介して達成することもできる。サーボ制御システムは、カメラプラットフォームのチルト態様を調整するために、パンチルトアセンブリに配置されたサーボに信号を送るホール効果入力制御器などの手動制御入力装置を含むことができる。サーボは位置的または好ましくは速度制御されたサーボシステムであってもよい。トグルなどの制御入力装置を設け、制御棒グリップに隣接して取り付けることもできる。

一般サーボ製品を使用するサーボ駆動は、いくつかの利点を可能にする。第一に、サーボおよび視点（ＰＯＶ：Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）カメラ製品の多くは、５ボルトの電源で作動し、これはその比較的低い電圧においてヒューズ保護を必要としない。低電圧配線は極めて一般的に入手可能であり、その結果、低コストであり、終端し易くまた注文の長さに構成可能であり、一般サーボを駆動するデジタル制御信号の比較的低い周波数において遮蔽材を必要としない。

本発明のいくつかの態様によれば、サーボに対する制御信号伝達は、いくつかの要素を含むことができる。好ましくは、速度制御された連続回転サーボが使用される。
制御信号は、ばね負荷された自動中心合わせ式電圧トグルなどのインプッタ（入力装置）を介して使用者により生成される。

チルトサーボ２６０（図１０参照）などのサーボは、信号調節エレクトロニクスを介してアナログ制御電圧信号をサーボに送る、ばねによって中心に合わせられる双方向トグルホール制御器などの制御インプッタによって制御される。信号調節エレクトロニクスは信号エレクトロニクスハウジング２２４に収容可能であり、信号エレクトロニクスハウジング２２４は、基準ポスト２２２の重み付けされた端部として機能することもできる（図９参照）。

信号調節エレクトロニクスは、アナログ電圧制御信号を提供するインプッタと、速度制御の形態の計数装置とを含むことができる。
制御入力と平行してトリム制御があってもよく、トリム制御は、中心電圧を超えるまたは下回るバイアスを制御することによって手動制御装置が中間位置まで自動的に中心に合わせられるとき、信号レベルをゼロ速度に調整する。

移動または停止を命令するために手動制御トグルが使用されるとき、チルト移動の加速率および減速率を制御するために、コンデンサの形態のアキュムレータを設けることもできる。この調節により、チルト移動を滑らかにすること、ならびに振動およびそれに関連付けられる質の悪い撮像を回避することが可能になる。加速および減速の程度は、制御入力装置が偏向位置から解放されたとき中心に付勢されることが許されるときでさえ、使用者が選択可能な割合で調整可能である。

このアナログ信号処理は、使用者によって選択された位置に基づいて、または本実施形態では上に記載したアナログ構成要素のアナログ電圧に基づいてパルス幅変調信号を生成するように設計されたサーボ駆動装置製品によって、デジタル信号に変換することができる。

デジタル制御システムは方向反転制御装置を含むこともできる。この方向反転はトリミング可能であることもでき、したがって、制御入力装置が偏向されないとき、反転されたＰＷＭ信号をゼロ速度にトリミングすることもできる。

電子制御ボックス２２４は、デジタルサーボ駆動信号を反転するために、計数器などのポテンショメータ、トリム制御器および切替器を介して調整可能なパラメータ用の様々な制御ノブを提供することができる。

デジタル信号処理は、制御入力装置の中心移動付近の反応を和らげるために、および制御入力移動の極限付近でのより急な反応のために、指数または非線形反応を設定するためのプログラム可能な機能を含むこともできると好ましい。

本発明の態様によれば、調整された制御信号はサーボではなくジャイロ制御装置２７０の形態の決定装置に送られ、決定装置は図１４に示されるようにパン／チルトアセンブリ２１２に好ましくは配置される。

ジャイロ制御装置２７０は、カメラ照準安定性を提供する。好ましくは、ジャイロ制御装置２７０は信号の混合を可能にする。使用者によって生成された照準制御信号がない場合、ジャイロ制御装置２７０は、カメラの予め設定された照準方向を制御し維持することができる。使用者照準制御レベルが増大するとき、ジャイロ制御装置２７０は、使用者によって生成された信号が優位に立つことを許容する。

ジャイロ制御装置２７０は、ＭＥＭＳトランスデューサなどの慣性知覚信号システムを利用して、カメラ照準位置を感知し、カメラ照準を維持することができる。
使用者調整可能なジャイロ利得が、以下で記載するような前景追跡の形態の価値ある機能を付加する。ジャイロ利得特徴は、自動カメラ照準の調整を可能にする。利得がゼロに設定される場合、カメラの照準は、対象軸に対するビーム要素の照準移動によって完全に制御される。利得設定が増大されるにつれ、カメラ照準は、ビーム要素の照準移動からますます独立するようになる。利得のさらなる増大の結果、ビーム要素の移動と関係のない慣性固定照準がもたらされる。この利得レベルは「ユニティ利得」と呼ぶことができる。ユニティ利得において、カメラは常に同じ方向を、同じ距離の場所の方を照準する。

ユニティを超える利得設定のさらなる増大により、カメラ照準の過補償がもたらされる。この状況において、カメラはそれ自体からより短い距離のある場所の方を照準する。これは、被写体までの距離、または「被写体距離」と呼ぶことができる。この効果は前景追跡と呼ばれる。ユニティ利得が増大すればするほど、被写体距離は一層減少する。前景追跡は、ブーム自体がある前景被写体の方向を含むある角度にわたり旋回する間、その前景被写体にカメラを照準することを伴う。その被写体までの距離は、利得の適切な設定によって適合させることができ、カメラによる被写体の「手放し」追跡が可能になる。

パン制御システムを使用者端部において先端部パン制御管に結合するために代替の連結を使用することができる。ケーブルループなどの機械的連結ではなく、先端部モータが、先端部パンアクスルに接続されたギヤトレーンを駆動することができる。先端部モータは電子信号によって制御可能であり、電子信号は、使用者によって保持される基端部の制御入力装置からの配線によって送られる。

上記の機械的および信号制御特徴の組合せは、カメラ位置決めにおける多様な選択肢と手持ち式画像取得環境における安定制御とを提供することができる。
図１５を参照すると、本発明の態様による別の実施形態は、「カメラワークステーション」と呼ばれる。この位置決め装置３１０は、カメラを操作する人が歩いて、またはオートバイのサイドカー、ボート、トラック、または飛行機などの移動プラットフォーム上で移動することが多い野外での映像製作用途の解決策である。これは、典型的にマルチサーボズーム望遠レンズを有する現在の物理的に大型の放送製作カメラ用に設計される。

装置３１０は３つの平行な延長部材３１２、３１４、３１６を有することができ、それらは平面的な構成で、かつ、装置３１０の後部でクロスバー３１８に対して垂直に配置される。２つの外側延長部材３１２の一方は、回動自在に取り付けられた基準ポスト３２０を支持し、基準ポスト３２０は複数のグリップ部３２２と、モニター３２４およびバッテリー３２６両方用の延長可能な取付構造とを有する。反対側の外側延長部材３１６も同じくグリップ部３２８を有することができ、グリップ部３２８はクロスバーと反対側の端部（前端部）にまたはその近くに移動可能および固定可能に取り付けられ、カメラ全体荷重を支持しながら装置の質量中心に置かれるグリップライン（グリップ間のライン）の調整を可能にする。

中央の平行部材３１４は、カメラ全体荷重３３２用の、回動自在に取り付けられたチルトキャリッジ３３０を支持する。この回動の移動の範囲は、完全な円のより小さい画分であれば十分である。

基準ポスト延長部３１２およびカメラ支持延長部３１４の両方は、ベアリングによってクロスバー３１８に動作可能に接続され、ベアリングはそれら延長部３１２、３１４がクロスバー３１８に対してそれらの長軸の周りで回転することを可能にする。基準ポスト延長部３１２およびカメラ支持延長部３１４はまた、等しい直径の２つのタイミングベルトプーリ３３６、３３８の間でタイミングベルト３３４を介して互いに動作可能に接続され、１つのプーリ３３６、３３８はそれらの延長部３１２、３１４のそれぞれに取外し可能に取り付けられる。

タイミングベルト３３４および関連するプーリ３３６、３３８の効果は、カメラ延長部３１４の回転角度を、基準ポスト延長部３１２の回転角度、したがって、基準ポスト３２０自体の回転角度と結合し、カメラの回転角度を、クロスバーの回転角度から独立させることである。この構成により、タイミングベルト３３４およびタイミングプーリ３３６、３３８を介して、カメラ３３２の回転角度は基準ポスト３２０の回転角度と結合し、それにより同じく、カメラ３３２の回転変位は基準ポスト３２０の回転慣性と結合する。基準ポスト３２０は、モニター３２４およびバッテリー３２６の両方用の延長可能な部分３４０を有し、それにより前記基準ポスト３２０に対して慣性の相当の回転およびチルト移動を付加することが可能になる。基準ポスト３２０の回転慣性は、タイミングベルト３３４およびタイミングプーリ３３６、３３８の結合を介してカメラ３３２の回転移動を安定化する。

装置の任意選択的な特徴は、ピッチまたはチルト制御器である。基準ポスト３２０のチルトはジャイロで感知することができ、また、関連するチルト補償動作は、高周波数、高出力サーボ（すなわち、６ｖまたは７．２ｖにおいて５５０Ｈｚ ７６０ｕｓｅｃの中心パルス幅）で達成される。

基準ポスト３２０の上端のモニター３２４および下端のバッテリー３２６は、安定性を付加するために反対方向に延伸可能であるか、位置決め装置の断面全体を低減するために後退可能であり、与えられたショット環境または与えられた撮影環境にとってより望ましい方を実行する。

この構成により装置およびカメラ間での回転運動量の非干渉が可能になり、不要な支持によって誘発されるロールに関する角力積を垂直方向の並進移動に変換する。それはまた、チルト自由度の能動的なサーボ安定化を可能にする。チルト安定化は比較的狭い移動範囲にわたってのみ必要とされる。装置および組み合わされる支持された全体荷重の全体サイズが、ピッチまたはチルト軸の周りでかなりの慣性モーメントを提供するためである。このチルト安定化は、位置サーボを駆動するレートジャイロが十分に良い第一近似であると仮定すると、良好な動力および周波数反応で達成することができる。そうでない場合は、連続回転サーボに命令するレートジャイロが別の選択肢である。チルト軸周りでの十分な安定化性能を保証するために、適切な反応またはその欠如が、代表的な全体荷重によって決定されなければならない。

カメラワークステーションの実施形態は多くの利点を提供する。基準ポストは単軸として延伸可能である。右手用グリップは、右手用グリップ延長管に沿って、またはクロスバーの内外にその管と一緒に移動させて、グリップラインをシステムの質量中心を横切って配置し、必要な支持トルクおよび関連する操作者の疲労速度を最小化することができる。基準ポストは、そのジンバルに隣接して横ハンドルを、ならびに追加グリップ選択肢として上部および下部ハンドルを有することができる。

右手用グリップは、右手用グリップ延長管の有無にかかわらず、上側、外側または下側右手保持のために、回転可能である。実施形態により、単一軸受動的ロール安定化および単軸能動的チルト安定化、パンにおける身体照準が許容され、パン安定性はグリップ間の変位および操作者の腕の慣性に由来する。標準的な操作の間、操作者制御は必要なく、チルトジャイロの利得制御設定のみがどのような操作環境または撮影条件に対しても必要である。この実施形態により、嵩の張る電子装置または関連する費用、より複雑な制御システム設計に関連付けられる複雑さまたは質量が排除される。

ショルダーマウント３４２用の延長部は、伸縮式に延長可能であり、また、右手側でグリップ延長管内に収容されるか、その管に、またはクロスバー３１８のどちらかの端部に取外し可能に取り付けることができる。

商業的に入手可能な薄片ベアリングを見ると、より大きい産業シリーズ薄片の第１の２つの共通サイズの穴は、２．５４ｃｍ（１．０インチ）および３．８１ｃｍ（１．５インチ）の内径であり、これらのサイズは典型的に０．４８ｃｍ（３／１６インチ）で始まることが示されている。２．５４ｃｍ（１．０インチ）および３．８１ｃｍ（１．５インチ）の穴の直径はまた、その軽量、高い剛性、耐久性、熱安定性、耐腐食性、および他の特性により、構造の延長部分に理想的な材料である、薄肉チタニウム合金シームレス管で利用可能である。タイミングプーリおよび他のハードウェアを共通サイズの延長管に取り付けるためのこれらサイズの管継手は、サーボシティ（Ｓｅｒｖｏ Ｃｉｔｙ）（３８５０ Ｅａｓｔ １２ｔｈ Ａｖｅｎｕｅ ウィンフィールド、カンザス州 ６７１５６）から入手可能である。

基準ポスト３２０はモニター側グリップ延長部の外側に取り付けられているため、垂直面内を３６０度回転可能であり、いくつかの重要な利点を提供する。基準ポスト３２０は、モニターが上または下にある状態で、および右側または左側で、ならびにモニター側グリップ延長部および光軸に対して垂直または平行に、使用可能である。

基準ポストの向きの完全な範囲は、基準ポスト３２０の、そのモニター側グリップ延長部に対して平行に移動される能力、およびそのグリップ延長部とカメラの間を通される能力に依存する。そのような基準ポスト３２０の延長部とカメラとの間における通過は、クロスバー３１８、または基準ポスト３２０の一端または両端での延長可能性によって促進される。基準ポスト３２０を反転することは、装置を右利き用から左利き用に効果的に切り替えるという非常に望ましい効果も有し、逆もまた同様である。

基準ポストの中心部分が、矩形断面の５．０８ｃｍ（２インチ）×１０．１６ｃｍ（４インチ）のカーボンファイバ管である場合、基準ポスト延長部は、アラリド・アンド・アソシエーツ・インク（Ａｌｌｒｅｄ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．）（３２１ Ｒｏｕｔｅ ５ Ｗｅｓｔ，エルブリッジ（Ｅｌｂｒｉｄｇｅ）、ニューヨーク州、１３０６０）からの同じカーボンファイバ管群の２．５４ｃｍ（１インチ）×５．０８ｃｍ（２インチ）断面ピースの摩擦嵌め部分である。アラリドの予備硬化された編組型構造的複合管製品は、その軽量、極度の剛性、優れた熱安定性、機械加工のしやすさ、腐食抵抗性、耐久性、マットブラックカラー仕上げ、および他の特性により、カメラ位置決め装置での使用に適している。

基準ポスト側の複数のグリップは、複数の場所において手で保持して掴み、操作者により多くのつり合い選択肢を与えることも可能にする。
要約すると、長さ、慣性および身体照準の基本概念は、ピッチ（チルト）およびロールについて追加される回転慣性のために、カメラプラッター（チルトキャリッジ）の空間ロール角度を、モニターおよびバッテリーを支持する基準ポストのそれと結び付ける構造に結合される。基準ポストをカメラのロール軸から変位させることによって、カメラに対する基準ポストの変位を、ロール軸周りの支持結合の可変要素（すなわち、ロールに関する一定でない支持、通常であれば、画像フレーム内の望ましくない非水平または一定でない水平に関連付けられる）を吸収するために使用することができる。

この「ロール吸収器」特徴は、一般的に入手可能なタイミングプーリおよびベルト機構を用いて、クロスバーロール角度に対するカメラロール変位の選択的隔絶により、受動的に達成可能であり、そのロール軸の能動的安定化の必要性およびそのような能動的安定化の関連する複雑さ、費用および重量を排除する。さらに、直感的および調整可能なグリップ構成により、システムの質量中心をグリップラインと実質的に一致して配置することが可能になる。この構成により、操作者に必要とされる支持モーメントは最小化され、それにより使用中の装置の支持に関連付けられる疲労速度が低減する。

装置は、一般的かつ公知の手持ちカメラ操作技術と同様に、操作者の前方で実質的に保持され、そのような手持ちカメラの使用で一般的なように、パンまたは水平自由度を通した単純で直感的な身体照準を可能にする。

スプロケットおよびチェーンの組合せを、それぞれタイミングプーリおよびタイミングベルトと互換的に使用することができる。
公知の材料および構成手段の１つの可能な組合せは、ロールフォークおよびロールフォークに対して回動式に取り付けられたカメラプラッターとして表現される。

実施形態の前述の記載および詳細は、本発明の態様による特徴を有する可能なカメラ位置決めシステムの単なる例であるものとする。さらなる代替形態および変形形態は、本開示を考慮して明らかになる。その様々な形態および構成における本発明の範囲は、上記のいずれの所与の実施形態の詳細によってではなく、以下の特許請求の範囲によって定義されるべきである。

Claims (18)

1. 操作者支持型カメラ位置決めシステムであって、
   カメラを取り付けるためのカメラマウントと、第１回転軸の周りで前記カメラマウントが回転するための、前記カメラマウントに動作可能に接続された少なくとも１つのアームと、を有するカメラプラットフォームアセンブリと、
   第２回転軸の周りで前記カメラマウントが回転するための、前記カメラプラットフォームアセンブリに回動式に接続されたプラットフォームアセンブリ支持体と、
   当該システムの操作者支持および制御用の少なくとも１つの係合面を提供する操作者インタフェース構造であって、前記プラットフォームアセンブリ支持体に動作可能に接続する操作者インタフェース構造と、
   当該システムに動作可能に取り付けられた慣性トランスデューサであって、前記第１回転軸および第２回転軸の一方の周りでの慣性トランスデューサの回転運動を感知し、回転運動に応答して制御信号を生成する慣性トランスデューサと、
   前記カメラプラットフォームアセンブリに動作可能に接続された駆動装置であって、前記制御信号に応答して前記回転軸の一方の周りでのカメラマウントの回転を制御し、前記回転軸の一方の周りでのカメラマウントの慣性的に固定された向きからの逸脱を略低減する駆動装置と、
   を含む、操作者支持型カメラ位置決めシステム。
2. 第３回転軸の周りで前記カメラマウントが回転するために、前記プラットフォームアセンブリ支持体が前記操作者インタフェース構造に回動式に接続される、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
3. 前記プラットフォームアセンブリ支持体が、前記操作者インタフェース構造に固定される、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
4. 当該システムに動作可能に取り付けられた第２慣性トランスデューサであって、前記第１回転軸および第２回転軸の他方の周りでの前記第２慣性トランスデューサの回転運動を感知し、回転運動に応答して制御信号を生成する第２慣性トランスデューサと、
   前記カメラプラットフォームアセンブリに動作可能に接続された第２駆動装置であって、前記制御信号に応答して前記回転軸の他方の周りでのカメラマウントの回転を制御し、前記回転軸の他方の周りでのカメラマウントの慣性的に固定された向きからの逸脱を実質的に低減する第２駆動装置と、をさらに含む、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
5. 前記係合面が、操作者が当該システムの動きを保持し制御するためのグリップ面を含む、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
6. 前記操作者インタフェース構造が長尺状のビームを含む、請求項５に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
7. 前記カメラプラットフォームアセンブリが管状構成要素から構成され、前記管状構成要素が、精密許容差の嵌合接続により調整可能に結合される、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
8. 前記カメラプラットフォームアセンブリは、重心を移動するカメラ荷重の変化に対して、前記管状構成要素の相対位置を調整することによって平衡を保つことができる、請求項７に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
9. 前記操作者インタフェース構造が、前記プラットフォームアセンブリ支持体に隣接してグリップ面を提供するモジュール式構成要素と、前記モジュール式構成要素と結合し、かつ、前記操作者インタフェース構造を延長するための取外し可能なビーム構成要素と、を含むことができる、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
10. 前記操作者インタフェース構造が、長尺状のビーム構成要素と、前記カメラプラットフォームアセンブリから離れた基端部の少なくとも１つの操作者制御装置と、を含み、前記少なくとも１つの操作者制御装置が、前記駆動装置に無線式に信号を送り、前記回転軸の一方の周りでのカメラマウントの回転移動を制御する、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
11. 前記操作者インタフェース構造に回動式に接続され、かつ、前記第１回転軸および第２回転軸の他方用の第２駆動装置に動作可能に結合された基準ポストをさらに含み、前記回転軸の他方の周りでのカメラマウントの向きが、前記基準ポストに対して維持される、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
12. 前記操作者インタフェース構造が長尺状のビーム構成要素を含み、前記基準ポストが前記長尺状のビーム構成要素の基端部で回動式に取り付けられる、請求項１１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
13. 重力に誘導される前記基準ポストの垂直の向きが前記カメラマウントの水平方向の水平を維持するように前記カメラマウントが向けられる、請求項１１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
14. 前記慣性トランスデューサが調整可能な利得を有し、前記調整可能な利得は、ゼロからユニティを超えるある値までの値の範囲にわたって選択的に設定可能である、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
15. 操作者が、ユニティを超えるある値に前記利得を設定し、前景写真被写体を含むある角度にわたり位置決め装置を回転させ、それにより、カメラ照準が、慣性的に固定された照準を越えて過修正すること、および続いて前記カメラの可視情景内で前記前景写真被写体の自動「手放し」追跡を実行することを行う、請求項１４に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
16. 前記カメラマウントが、様々な種類のカメラを選択的に取り付けるための表面を提供する、請求項１に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
17. 前記操作者インタフェース構造が、前記プラットフォームアセンブリ支持体から延びる先端部ビームおよび基端部ビームと、一連の調整可能な平行オフセット部材と、を含み、前記平行オフセット部材は、前記先端部ビームおよび基端部ビームを相互に接続し、それらを離間した状態にかつ略平行な向きに維持し、それにより、カメラが装着されているとき前記カメラプラットフォームアセンブリの質量中心が前記基端部ビームの長手軸と一致して前記操作者に必要とされる支持力を低減できるように、前記基端部ビームの位置を前記カメラプラットフォームアセンブリに対して設定可能である、請求項５に記載の操作者支持型カメラ位置決めシステム。
18. 操作者支持型カメラ位置決めシステムであって、
    様々な種類のカメラを選択的に取り付けるためのカメラマウントを有するカメラプラットフォームアセンブリと、
    回転軸の周りで前記カメラマウントが回転するために前記カメラプラットフォームアセンブリに回動式に接続されたプラットフォームアセンブリ支持体と、
    当該システムの操作者支持および制御のための少なくとも１つの表面を提供する操作者インタフェース構造であって、前記プラットフォームアセンブリ支持体に動作可能に接続された操作者インタフェース構造と、
    当該システムに動作可能に取り付けられた慣性トランスデューサであって、回転軸の周りでの当該システムの回転運動を感知し、かつ、前記回転運動に応答して制御信号を生成する慣性トランスデューサと、
    前記カメラプラットフォームアセンブリに動作可能に接続された駆動装置であって、前記制御信号に応答して前記回転軸の周りでのカメラマウントの回転を制御し、前記回転軸の周りでのカメラマウントの慣性的に固定された向きからの逸脱を略低減する駆動装置と、
    を含む、操作者支持型カメラ位置決めシステム。

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