模块化光学拍摄系统技术方案

本发明专利技术涉及一种模块化的光学拍摄系统。在此涉及用于图像拍摄、稳定和校正的紧凑的、可灵活配置的和可扩展的系统构造组件，所述系统构造组件具有光学观察设备，所述光学观察设备可设置在优选柱形的壳体设计方案的区域中。拍摄系统构成为，使得能够实现围绕光学轴线的至少完整的旋转的精确的、无间隙的和无摩擦的机械校正和/或对法兰距的精确的和无间隙的调节。

Modular optical shooting system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化光学拍摄系统本专利技术涉及一种用于图像拍摄、稳定和校正的系统构造组件，其具有光学观察设备，所述光学观察设备可设置在壳体设计方案的区域中。专利技术背景自从市场引入运动相机并且由于数字图像传感器的快速发展，对运动图像的高质量拍摄的愿望从新的角度在非常有限的空间条件和快速的运动进程中引起对相机和进行稳定的机械系统的明显的小型化需求。此外，经由社交媒体和因特网不断增长的国际联网和通信引起：这样拍摄的图像和视频被越来越多地未经处理地继续使用，由此大幅增加了在拍摄期间对图像数据的处理需求。因为轻微抖动的图像对品质感有极强的负面影响，因此大多数相机系统在所述处理的范围中就已经将所拍摄的图像数据在内部以全电子的方式稳定。然而，这具有下述缺点：最大可能的分辨率的一部分不能用于输出。出于空间原因和成本原因，在输出或存储图像数据之前，附加地进行所述图像数据的内压缩。与此相反，存在机械校正系统，所述机械校正系统虽然能够完全地充分利用图像传感器的可用表面，然而一方面仅补偿由手的运动引起的抖动，或者另一方面仅能够将倾斜稳定，并且此外由拍摄设备和透镜构成的整个系统既不能以足够的程度小型化也不能实现实时的稳定化。然而，关于之前描述的新要求，尤其是由室外环境中的运行中得出的新要求，这些方法必须归类为是不适宜的，因为通过系统同样地既不能稳定完整的旋转也不能稳定较大的倾斜和抖动。此外，尤其是用于补偿整个相机系统(所谓的稳态相机系统)的倾斜的系统通常构成为非常大的并且还没有受到足够的保护以免于外界影响。现有技术下面给出当前现有技术的简要概述以及技术解决方案的缺点和关于随后描述的本专利技术的为此提交的专利和公开文献。总之可以说，用于稳定和校正所拍摄的照片和视频数据的目前的系统通常能够分为两组。在此存在下述系统，所述系统能够借助数字方法来校正抖动和不期望的旋转。为此，借助于电子传感器，如陀螺仪、加速度和磁传感器等来记录壳体或成像单元的相应的倾斜和抖动。然后，借助于中央计算单元处理这样获得的传感器数据并且确定抵消振动和倾斜的进行稳定的校正。然后将所述校正数字地应用于所拍摄的图像和视频数据，意即，材料在内部转动、运动和输出，而无需执行机械校正。所述方法的较大缺点是，所记录的图像数据经常被非常强地裁剪，这引起，与可用的传感器面相比输出的格式大小受到严格限制。出于该原因，所述方法仅适用于非常小的校正，如由相机的手动操作引起的振动和小的抖动。然而，关于随此提交的本专利技术，仅为了完整起见，所述系统构成有数字校正，因为工作原理决定性地基于传感器辅助的机械校正方法，如在下文中详细考虑的。不期望的旋转和抖动还能够通过如下方式校正：借助于机电系统确保，成像单元的侧边缘分别平行地、在理论上的理想情况下与所投影或所拍摄图像的相应边缘相符进而被完全照亮。在对现有技术进行检索的背景下，下述公开文献被作为相关的进行分析：1.US20050001906A1，2.US20060098967A1，3.US20140347506A1，4.US20060098967A1，5.WO2009060624，6.US4615590A，7.US20120218428A1，8.US5825545A，9.JP2004295027A，10.JP2004226956A，11.US20100215353A1，12.WO2012153281A1，13.JPS6399680A，14.JP2013009107A，15.JPH09261524A，16.JPH0630327A，17.US20090245774A1，18.JP2010128386A，19.JP2008065163A，20.JP2007241254A，21.US20020080242A1，2.DE102004045430A1，23.US20060284495A1，24.US20090251551A1，26.DE19942900A1，26.US20150036047A1，27.JP2006337680A，28.US20050276589A1，29.US2012024981A1，30.US2003067544A1，31.US20120249814A1，32.US2011050921A1，33.US2006067660A1，34.US20060064884A1，35.US20050270379A1，36.JP2008116836A，37.US2010309323A1，38.US220100157074A1，39.US2003076421A1，40.JP2007096493A，41.JP2007110449A，42.JP2009003010A，43.US20030077082A1，44.US20060104633A1，45.DE102013004849A1，46.US20160028844A1，47.JP57099874A，48.JP2012103376A，49.JP2012103373A，50.WO2010044197A1，51.JP2008116836A，52.JP2010114874A如在公开文献1-10中所描述的，能够通过如下方式实现旋转和抖动的机电校正：通过运动的透镜(组)、棱镜或反射镜引起光路的改变，从而补偿倾斜或抖动。在一些情况下，图像拍摄单元本身也(附加地)运动(参见公开文献编号：9、11-36、46、48和51)。具有所述校正系统的大多数相机使用线圈结合永磁体或压电执行器，以移动光学元件或图像传感器，如在公开文献编号：16-19、22、27-30、32、37、46、48-50和52中示例性地描述的。这种执行器的使用尤其允许元件在平面中的精确平移定向，尽管也仅在非常有限的范围中。此外，纯轴向平移的组合，在精确控制和同步以及无间隙地支承的前提条件下，能够执行精确的平面旋转。因为引发运动的线圈的几何成型和放置在大多数情况下同样在一个平面中进行，因此也仅能够执行具有明显小于360°的受限制的路径的平面平移和旋转。在公开文献编号26和47中描述了用于移动光学元件或图像传感器的替选方式。在此，校正旋转经由马达的传动装置进行。这种结构是不利的，因为通过使用传动装置将附加的间隙引入运动学系统中以将马达的旋转传递给图像传感器。传动装置由于所基于的物理作用原理原则上具有间隙，进而被归类为不精确的且易于振动和晃动的。这引起：即使在静止时在校正之后图像传感器的所求出的和接近的位置仍然始终具有间隙进而是可移动的。在此，既不能以电子的方式也不能以传感的方式提供补救措施，因为间隙引起电子设备的持久的补偿尝试，这表示位置传感器数据的背景噪声增加并且附加地引起增大的电流消耗。不能持久地保持精确的位置。这是可能的不清晰的和较差的成像质量的原因，尤其在受到振动的环境中。此外，在运行时能够考虑到在方向变换时的延迟，因为首先必须越过间隙直至接触相对置的螺纹侧面，在此之前传动装置能够沿相反方向传递所述运动。由于传动装置的受到摩擦的工作原理，在此附加地还考虑到呈磨蚀形式的磨损，使得可预期问题的增加。最后，所描述的机械结构表示整个系统大小的增加。此外，许多系统不具有精确的或使用寿命长的机制。对此的代表能够考虑公开文献编号：14、20、27、36、37和49-51。在此，位于光路中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于图像拍摄、稳定和校正的系统构造组件，具有光学观察设备，光学观察设备能设置在壳体设计方案的区域中，其特征在于观察技术装置(3、3’)，观察技术装置具有包括成像表面(107、107’)的图像拍摄单元(15、15’)，图像拍摄单元(15、15’)能沿着光学轴线(OA、OA’)移动地并且在由至少一个弹簧元件(29、49、80b)引发的机械预紧(FV、FV’、FVC)的作用下无间隙地支承，并且观察技术装置(3、3’)与用于调节法兰距(AM、AM’)的至少一个功能单元(ABF、ABF’、ABF3、TCS)配合作用，使得通过图像拍摄单元(15、15’)沿着光学轴线(OA、OA’)的轴向位移(ZA、ZA’、TT)能够实现对法兰距(AM、AM’)的无级的可调节性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.27 DE 102017000889.21.一种用于图像拍摄、稳定和校正的系统构造组件，具有光学观察设备，光学观察设备能设置在壳体设计方案的区域中，其特征在于观察技术装置(3、3’)，观察技术装置具有包括成像表面(107、107’)的图像拍摄单元(15、15’)，图像拍摄单元(15、15’)能沿着光学轴线(OA、OA’)移动地并且在由至少一个弹簧元件(29、49、80b)引发的机械预紧(FV、FV’、FVC)的作用下无间隙地支承，并且观察技术装置(3、3’)与用于调节法兰距(AM、AM’)的至少一个功能单元(ABF、ABF’、ABF3、TCS)配合作用，使得通过图像拍摄单元(15、15’)沿着光学轴线(OA、OA’)的轴向位移(ZA、ZA’、TT)能够实现对法兰距(AM、AM’)的无级的可调节性。2.根据权利要求1所述的系统构造组件，其特征在于，图像拍摄单元(15、15’)能围绕光学轴线(OA、OA’)转动地以及在由至少一个弹簧元件(18、49、80)引发的机械预紧(FV、FV’、FVC、FVD)的作用下无间隙地支承，并且观察技术装置(3、3’)与调节机构(8、38)或调节单元(78)配合作用，使得图像拍摄单元(15、15’)能在以任意的位置保持的整个系统中通过围绕光学轴线(OA、OA’)的旋转而定向到相应的拍摄位置上，其中，通过调节机构(8、38)或调节单元(78)能够补偿大于±360°的枢转角度(RS、RS’、RSX)。3.一种用于图像拍摄、稳定和校正的系统构造组件，具有光学观察设备，光学观察设备能设置在壳体设计方案的区域中，其特征在于观察技术装置(3、3’)，观察技术装置具有包括成像表面(107、107’)的图像拍摄单元(15、15’)，图像拍摄单元(15、15’)能围绕光学轴线(OA、OA’)转动地以及在由至少一个弹簧元件(18、49、80)引发的机械预紧(FV、FV’、FVC、FVD)的作用下无间隙地支承，并且观察技术装置(3、3’)与调节机构(8、38)或调节单元(78)配合作用，使得图像拍摄单元(15、15’)能在以任意的位置保持的整个系统中通过围绕光学轴线(OA、OA’)的旋转而定向到相应的拍摄位置上，其中，通过调节机构(8、38)或调节单元(78)能够补偿大于±360°的枢转角度(RS、RS’、RSX)。4.根据权利要求3所述的系统构造组件，其特征在于，图像拍摄单元(15、15’)能沿着光学轴线(OA、OA’)移动地并且在由至少一个弹簧元件(29、49、80b)引发的机械预紧(FV、FV’、FVC)的作用下无间隙地支承，并且观察技术装置(3、3’)与用于调节法兰距(AM、AM’)的至少一个功能单元(ABF、ABF’、ABF3、TCS)配合作用，使得通过图像拍摄单元(15、15’)的轴向位移(ZA、ZA’)能够实现对法兰距(AM、AM’)的无级的可调节性。5.根据权利要求1、2或4所述的系统构造组件，其特征在于，用于调节法兰距(AM、AM’)的功能单元(ABF、ABF’、ABF3、TCS)的相应功能面实施为，使得防止不经意地调节法兰距(AM、AM’)。6.根据权利要求1、2、4或5所述的系统构造组件，其特征在于，观察技术装置(3)包括机械基座(20)和容纳图像拍摄单元(15)的观察单元(VU)，观察单元(VU)能沿着光学轴线(OA)相对于机械基座(20)移动地并且在由弹簧元件(29)引发的机械预紧(FV)的作用下无间隙地支承。7.根据权利要求5或6所述的系统构造组件，其特征在于，将用于调节法兰距(AM)的功能单元(ABF)集成到观察技术装置(3)中并且至少部分地相对于机械基座(20)固定。8.根据权利要求6或7所述的系统构造组件，其特征在于，观察单元(VU)的运动自由度通过用于调节法兰距(AM)的功能单元(ABF)的调节元件、尤其是螺纹件(113)的运动轴线(ZV)的空间平行错开(E)而局限于平行于光学轴线(OA)的平移。9.根据权利要求1、2或4至8之一所述的系统构造组件，其特征在于，由用户引入的——例如旋转的——调整运动(RA、RA’、RA”)借助于用于调节法兰距(AM、AM’)的功能单元(ABF、ABF’、ABF3)而转换成图像拍摄单元(15、15’)沿着光学轴线(OA、OA’)的平移位移(ZA、ZA’)，进而能够实现对法兰距(AM、AM’)的校准。10.根据权利要求2或3以及必要时根据权利要求4至9之一所述的系统构造组件，其特征在于，引发对于无间隙地可转动地支承图像拍摄单元(15、15’)所需的机械预紧(FV、FV’、FVC、FVD)的弹簧元件(18、49、80、80b)围绕光学轴线(OA、OA’)沿环周方向整面延伸地构成。11.根据权利要求2或4以及必要时根据权利要求5至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·奥弗曼，
申请(专利权)人：克里斯蒂安·奥弗曼，
类型：发明
国别省市：德国,DE