Title:
Kamera-System für ein Mobiltelefon / Smartphone
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Kamera-System für ein Mobiltelefon, wobei der Bildsensor und seine Optik-Begleitelemente, innerhalb des Mobiltelefons drehbar sind. Das Antriebs-System ist in der Lage den Bildsensor und seine Optik-Elemente in nahezu beliebige Richtungen gesteuert schnell, lautlos zu drehen und somit auch schnell bewegliche Ziele zu erfassen, ohne dass es erforderlich ist, das ganze Mobiltelefon zu bewegen. Das Antriebs-System ermöglicht Bild- und Videoaufnahmen sowohl von der Rückseite, als auch von der Vorderseite des Mobiltelefons, somit ersetzt es voll eine zweite Kamera in einem Mobiltelefon. Die Kamera wird fast wie ein menschliches Auge bewegt oder gedreht. In einer Kammer zwischen der Kamera und der Kugelschale befindet sich eine Flüssigkeit, die die Bewegungen präzise steuerbar macht.





Inventors:
gleich Anmelder
Application Number:
DE102016005337A
Publication Date:
10/19/2017
Filing Date:
05/01/2016
Assignee:
Merlaku, Kastriot, 80995 (DE)
International Classes:
G03B17/00
Domestic Patent References:
DE69525988T2N/A2002-08-22
DE10084660T1N/A2002-06-06
DE3224793A1N/A1983-01-20
DE2346398B2N/A1977-10-20
DE1744644UN/A1957-05-09
Foreign References:
GB2439346A2007-12-27
67349142004-05-11
200901612402009-06-25
201203201482012-12-20
54130101995-05-09
WO2004001941A12003-12-31
WO2016015164A12016-02-04
CN101312492A2008-11-26
CN201846374U2011-05-25
CN105323445A2016-02-10
JPH08272446A1996-10-18
Claims:
1. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone,
dadurch gekennzeichnet,
dass
– die Kamera und seine Elektronik/Optik-Begleitelemente eine kompakte Einheit bilden, in Form einer Kugel-Kamera oder eingebaut in einem, vorzugsweise kugelförmiges Gehäuse, das in eine Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne steckt, mit der optischen Achse der Kamera so gerichtet, dass diese freie Sicht durch mindestens eine Lichtfenster oder Öffnung der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne hat und das in beliebige Richtungen drehbar ist, angetrieben durch einem Antriebs-System das
– mindestens ein Elektromagnet, der in die Wand der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne oder außerhalb statisch eingebaut ist,
– mindestens ein kleiner Körper oder Bereich, der/das in das kugelförmiges Gehäuse der Kamera eingebaut ist, der/das ferromagnetische oder dauermagnetische Eigenschaften besitzt und in Magnetfeldwechselwirkung mit dem Elektromagneten aus der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne steht,
– mindestens eine elektronische Steuerung, die den Elektromagneten steuert und seine Stromversorgung steuert,
aufweist.

2. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bildsensor und seine optische Begleitelemente eine kompakte Einheit in einem eigenem, vorzugsweise kugelförmiges Gehäuse/Kugel-Gehäuse innerhalb des Gehäuses des Mobiltelefons/Smartphones, in Form einer Kugel-Kamera bilden, die innerhalb des Mobiltelefons/Smartphones elektrisch gesteuert durch einen berührungslosen Antrieb, bestehend aus mindestens
– einer Steuerung oder Steuereinheit,
– eine oder mehrere Elektromagnetspulen, die in der Nähe des Kugel-Gehäuses statisch angebracht sind, die mit der Steuerung/Steuereinheit gekoppelt sind, die einen Magnet-Wander-Feld oder Magnet-Drehfeld über die Elektromagnetspulen erzeugt,
– einem oder mehreren Dauermagneten, die in das Kugel-Gehäuse angebracht sind,
drehbar ist.

3. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kamera in einem kompakten Gehäuse, vorzugsweise kugelförmig gestaltet/Kugel-Gehäuse, eingebaut ist, wobei dieses in Form einer Kugel-Kamera innerhalb des Mobiltelefons/Smartphones beweglich ist und mit einem Antriebs-System ausgestattet ist,
das aus mindestens
– einem statischen Außen-Gehäuse/Hohl-Kammer, vorzugsweise hohlsphärisch gebaut/Hohlsphärenkammer, in das/der das drehbare kugelförmiges Gehäuse/Kugel-Gehäuse mit dem Bildsensor und seine Optik-Elemente angebracht sind, das mit mindestens einen großen Licht-Fenster ausgestattet ist,
– einem oder mehrere Ferromagnetelemente, die ferromagnetische Eigenschaften besitzen, die in das drehbare, kugelförmiges Gehäuse mit dem Bildsensor und seine Optik-Elemente eingebaut ist/sind,
– eine flexiblen Strom-Signal-Leitung, die den Bildsensor mit der Elektronik außerhalb des drehbaren Gehäuse verbindet,
– eine oder mehrere, einzeln steuerbaren Elektromagnet-Spulen, die in die Hohl-Kammer eingebaut sind, die versetzt angeordnet sind und deren Magnetfelder die Ferromagnetelemente in das kompakte Gehäuse anziehen können,
– eine Steuerung, die die Elektromagnet-Spulen steuert, die einen Magnet-Wander-Feld oder Magnet-Drehfeld über die Elektromagnetspulen erzeugt, wobei eine Drehung des drehbaren kugelförmigen Gehäuse bewirken,
besteht.

4. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone,
dadurch gekennzeichnet,
dass
– ein statischer Hohl-Kammer, vorzugsweise hohlsphärisch gebaut, das mit mindestens einen großen Licht-Fenster ausgestattet ist, das in dem Gehäuse des Mobiltelefons/Smartphones eingebaut ist,
– die Kamera innerhalb des Mobiltelefons/Smartphones in einem kompakten drehbaren Kamera-Gehäuse, vorzugsweise kugelförmig gebaut, das beweglich ist, das in die Hohl-Kammer platziert ist und mit einem Antriebs-System ausgestattet ist,
das aus mindestens
– einem oder mehreren Dauermagnet-Elemente oder magnetisierte Bereiche, die in das drehbare Kamera-Gehäuse eingebaut sind,
– eine flexiblen Strom-Signal-Leitung, die den Bildsensor mit der Elektronik außerhalb des drehbaren Gehäuse verbindet,
– eine oder mehrere, einzeln steuerbare Elektromagnet-Spulen, die außerhalb des drehbaren Kamera-Gehäuse, statisch eingebaut sind, vorzugsweise in die Hohl-Kammer eingebaut, die versetzt angeordnet sind und deren Magnetfelder mit denen der Dauermagnet-Elemente oder magnetisierten Bereiche in Magnetfeld-Wechselwirkung stehen, wodurch einen Drehmoment auf das drehbaren Gehäuse erzeugen und damit eine Drehung des drehbaren Kamera-Gehäuse bewirken,
– eine Steuerung, die die Elektromagnet-Spulen steuert,
besteht.

5. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit, die zwischen der Kamera-Gehäuse und der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale sich befindet, angebracht ist.

6. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlsphären-Kammer/Kugelschale komplett dicht verschlossen oder gekapselt ist.

7. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durchsichtig ist.

8. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit destilliertes Wasser, Öl oder ein Alkohol ist.

9. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine niedrige bis mittlere Viskositätsgrad aufweist.

10. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein ähnlicher oder höherer Viskositätsgrad als Wasser aufweist.

11. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfenster, durch die die Kamera das Licht von außen bekommt, einen Teil-Hohlsphären-Schnitt oder eine Teil-Kugelschale bildet, mit der Mittelpunkt an der gleichen Stelle, wie der Mittelpunkt des Kugel-Gehäuses der Kamera.

12. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelförmiges Kamera-Gehäuse und das Teil-Kugelschalen-Förmiges Lichtfenster, das in die Kugelschale eingebaut ist, konzentrisch zueinander angeordnet sind und einen gleichen Mittelpunkt aufweisen.

13. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Gehäuse mit der Kamera drin, in einer Kardanaufhängung mit zwei oder drei Bewegungsfreiheits-Achsen eingebaut ist.

14. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kardanaufhängung mit zwei Bewegungsfreiheits-Achsen aus lediglich einem viertelkreisförmigen Arm mit je einen Gelenk an den Enden, besteht, wobei
– an einem Ende über dem Gelenk, mit der Kugel-Kamera gekoppelt ist,
– an dem anderen Ende über dem Gelenk, mit der Kugelpfanne/Hohlsphäre gekoppelt ist.

15. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Gehäuse mit der Kamera drin, gezielt gesteuert auch um die optische Achse innerhalb des Mobiltelefons/Smartphones drehbar ist.

16. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kamera-Gehäuse eingebaute Ferromagnet-Elemente oder Dauermagnete sehr klein sind und nahezu punktuelle Magnetfeld-Wechselwirkungen mit den Elektromagnetspulen bewirken.

17. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnet-Spulen-Steuerung über eine Software-Gesteuerte Steuerung erfolgt.

18. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ziel-Objekt-Verfolgungs-Funktion, die softwaremässig unterstützt wird, eingebaut ist.

19. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Steuerung für eine automatische Bildsensor-Drehung für horizontales Breitbildformat bei Videoaufnahmen und vertikale Ausrichtung bei Einzelbildaufnahmen, gesteuert über einer Software oder elektronische Erkennung über dem vom Benutzer gewählten Aufnahme-Modus, ausgestattet ist.

20. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Hohlsphären-Kammer/Kugelschale komplett oder zumindest in dem Licht-Einfall-Bereiche für den Bildsensor, aus einem klaren, lichtdurchsichtigen Material besteht.

21. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Kamera-Gehäuse über kleine Federelemente, mittig in die Hohlsphären-Kammer gehalten wird und dadurch die Wände der Hohlsphärenkammer nicht berührt.

22. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Handy/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzeln oder gruppenweise steuerbare Elektromagnet-Spulen sehr schmal und ringförmig gebaut, die eine Hohlsphären-Kammer/Kugelschale, in der das Kamera-Gehäuse angebracht ist, umfassen und mehrfach eingebaut sind, wobei diese ähnliche wie Erd-Meridianen angeordnet sind, im Sichtfeld der Kamera aber fehlend, mindestens an zwei Punkten sich überschneiden.

23. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetspulen in mindestens zwei Gruppen jeweils in zwei Meridian-Anordnungen vorhanden sind, wobei eine Meridian-Anordnung in einer vertikalen Achse und die andere in einer horizontalen Achse gestaltet ist.

24. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnet-Spulen aus sehr dünne Leitungen, die mit Dotierungs- oder Ätzungs-/Photochemisches-Verfahren hergestellt sind, bestehen.

25. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen sehr klein, in eine großen Anzahl dicht angeordnet vorhanden sind, flach und spiralförmig gebaut sind.

26. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so konzipiert ist, dass sie durch Spulengruppen-Stromsteuerung oder durch Steuern der Einzel-Spulen, ein Magnet-Wander-Feld von Spule zu Spule oder Spulengruppe erzeugt.

27. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor eine Organik-Photo-Sensor Technologie beinhaltet.

28. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensor-Fläche nicht gerade sondern gebogen/gewölbt ist.

29. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb oder das Antriebs-System über eine Steuerung mit einem Mikrofon oder Stereo-Mikrofon, der die Quelle, bzw. kommende Richtung eines intensiveren Schalls, Sounds oder Gesprochenes erfassen kann, wobei die Kamera in die Audio-Quellen-Richtung automatisch gerichtet wird, gekoppelt ist.

30. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor und seine Optik-Elemente, mehr oder weniger aus dem Mobiltelefon herausfahrbar sind.

31. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb, der das Kugel-Gehäuse der Kamera herausfährt, aus mindestens einer Elektromagnetspule, die statisch außerhalb der Kugel-Gehäuse angebracht ist und einem aus ferromagnetischem Material bestehendes Teil, das in das Kugel-Gehäuse angebracht ist, die in der Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen, besteht.

32. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb, der das Kugel-Gehäuse der Kamera herausfährt, aus mindestens einer Elektromagnetspule, die statisch außerhalb der Kugel-Gehäuse angebracht ist und einem Dauermagnet-Körper, das in die Kugel-Gehäuse angebracht ist, wobei diese in Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen, besteht.

33. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb aus mindestens einer Elektromagnetspule Spule, die statisch außerhalb des Kugel-Gehäuses angebracht ist und einer zweiten Elektromagnetspule, die in das Kugel-Gehäuse angebracht ist, die in Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen, besteht.

34. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Gehäuse in das der Kamera-Bildsensor und seine Optik-Elemente eingebaut sind, nicht in einer Hohlsphären-Kammer sondern in einem Hohlzylinder-Kammer platziert ist, in dem mindestens eine Elektromagnetspule eingebaut ist, sowie einem Dauermagnet, der in das Kugel-Gehäuse angebracht ist, wobei die Elektromagnetspule und der Dauermagnet in Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen und dadurch das Kugel-Gehäuse aus dem Mobiltelefon mehr oder weniger heraus- und einfährt.

35. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so konzipiert ist, dass sie feine, impulsartige Ströme erzeugt, mit denen die Elektromagnetspulen versorgt werden.

36. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung flüssige Bewegungen der Kamera, wie das Auge eines Lebewesens, über die Magnetfeldwechselwirkungs-Kräfte der Elektromagnetspulen und Dauermagneten oder Ferromagneten erzeugt.

37. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera und die Antriebselemente doppelt eingebaut und für 3-D-Aufnahmen konzipiert sind.

38. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem die Kamera-Gehäuse und die Hohlsphären-Kammer/Kugelschale und deren Lichtfenster bestehen, kratzfest ist oder zumindest mit einer kratzfesten Flächen-Beschichtungen ausgestattet ist.

39. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mit einer relativ hohen Frequenz arbeitet und die Elektromagnetspulen so steuert, dass die Kugel-Kamera hin und her schwenkt, sodass gleichzeitige Bild- oder Videoaufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen.

40. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für die Verschlusszeiten/Bildsensor Ein- und Abschaltungen so konzipiert ist, dass die Verschlusszeiten/Bildsensor Ein- und Abschaltungen synchronisiert mit der Schwenkung des Kamera-Gehäuses erfolgen, sodass die Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln, sauber trennbar sind.

41. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Fenster des Mobiltelefons, dass das Sehfeld der Kamera schützen soll, aus einem elektroaktiven Polymer-/Kunststoff besteht, das in der Lage ist, elektrisch oder thermisch gesteuert vorübergehend eine Kuppe nach außen in dem Mobiltelefon, in dem die Kamera eingebaut ist, zu bilden.

42. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb oder das Antriebs-System mit einer Soundsteuerung gekoppelt ist, die die Kamera dort automatisch ausrichtet, woher der Sound oder die Stimme kommt.

43. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Schwingung-Dämpfungs-System, das gezielt durch Generierung von schwächeren Magnetimpulsen über die Elektromagnetspulen oder durch das elektronisch gesteuerte Kurzschließen der stromlosen Elektromagnetspulen, die den mechanischen Schwingungen der Kugel-Kamera entgegenwirken, diese dämpfen, ausgestattet ist.

44. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Gehäuse mit einer Rückstellfeder gekoppelt ist.

45. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb oder das Antriebs-System mit einer Rückstell-Lösung, die aus einem in das Kugel-Gehäuse zusätzlich eingebauten Ferromagnet-Körper oder einem Dauermagnet, sowie einem weiteren Dauermagnet, der in die Hohlsphären-Kammer eingebaut ist, besteht.

46. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet, der statisch außerhalb des Kugel-Gehäuses angebracht ist und ein Ferromagnet-Körper oder Bereich aus ferromagnetischem Material, der in oder auf das Kugel-Gehäuse eingebaut ist oder einen anderen Dauermagnet, der in das Kugel-Gehäuse angebracht ist, die Magnetfeld-Anziehend zu dem Dauermagneten außerhalb der Kugel-Kamera angeordnet sind, als Positions-Rücksteller für die Kugel-Kamera eingebaut sind.

47. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Gehäuse, in das der Kamera-Bildsensor und seine Optik angebracht sind, an einer Feder befestigt ist, wobei seitlich Elektromagnet-Spulen, mindestens drei Stück in Dreieck-Formation angeordnet, angebracht sind, die die Kugel-Gehäuse in beliebige Richtung tangential anziehen.

48. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale nicht statisch, sondern elektromagnetisch drehbar ist, wobei mindestens ein Ferromagnet-Körper oder ein Dauermagnet in die Hohlsphären-Kammer/Kugelschale fest eingebaut ist, sowie eine extra Elektromagnetspule außerhalb der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale ebenso fest eingebaut, die in Magnet-Feld-Wechselwirkung zu einander stehen.

49. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der mechanischen Schwingungen der Kugel-Kamera mit Hilfe von einer Zusatzsteuerung, die mit den Elektromagnetspulen gekoppelt ist, oder direkt über eine Spulensteuerung, erfolgt.

50. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Beleuchtungselemente/Blitzlichtgeber, die Licht im sichtbaren Licht Spektrum oder im Infrarot Bereich emittieren, mit der Kugel-Kamera integriert sind und damit ebenso bewegbar sind.

51. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungselemente/Blitzlichtgeber aus Laserdioden bestehen.

52. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Laserdioden, die je einen Laserstrahl in Licht-Grundfarben Blau, Rot und Grün emittieren, eingebaut sind.

53. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laserdiode, die Infrarotes Licht strahlt, eingebaut ist.

54. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppen der Kugel-Kamera in einer bestimmten Position über einen in die Kugelpfannen-/Hohlsphären-Kammer-Wand eingebauten elektromagnetisch hereinfahrbaren Stift, der die Kugel-Kamera berührt und diese am Weiterdrehen hindert, erfolgt.

55. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 13 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfer für die mechanischen Schwingungen eine viskose oder gelartige Flüssigkeit an den Kardanaufhängungs-Achsen angebracht ist.

56. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppen der Kugel-Kamera durch einfaches Einziehen über Elektromagnetspulen gegen die Wand der Kugelschale/Hohlsphäre, die durch eine eingebaute Auswerteinheit gesteuert sind, erfolgt.

57. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kleine elektromagnetisch bremsbarer Kugellager, die aus Dauermagneten bestehen, die zwischen der Hohlsphären-Kammer-Wand und der Kamera-Gehäuse eingebaut sind, wobei unter denen kleine Elektromagnet-Spulen eingebaut sind, für die Bremsung der Kamera-Gehäuse eingebaut sind.

58. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Gehäuse elektrisch gesteuert durch Elektromagnetspulen, innerhalb des Mobiltelefons in der optischen Achse rotierbar ist.

59. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Gehäuse mit einen elektronischen Schwingkreis/Oszillator ausgestattet ist, der mit Elektromagnetspulen gekoppelt ist, wobei die Kamera durch Wechselstromsignale an den elektromagnetischen Spulen, schnelle Zitter-Bewegungen absolviert.

60. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung eingebaut ist, die an die Umkehr-Positionen bei den Zitterbewegungen des Kamera-Gehäuses, den Bildsensor für Bildaufnahmen kurzzeitig aktiviert.

61. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach Patentanspruch 59 oder 60, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen in einer Gesamt-Aufnahme, als Dreidimensionale-Bild- oder Videoaufnahme über eine Hardware- und/oder Softwaresteuerung zusammengefügt sind.

62. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor elektrisch gesteuert biegbar gebaut ist.

63. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der Patentansprüche 1 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor auf einer elastischen, vorzugsweise elektrisch biegbaren Fläche eingebaut ist.

64. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mit einem elektrisch formveränderbaren Polymer gekoppelt ist.

65. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum/Distanz zwischen der drehbaren Kugel-Kamera und der Innenwand der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne sehr knapp bemessen ist und die Kugel-Kamera drin fast ohne Spielraum die Innen-Wände der Hohlsphären-Kammer/Kugelschale/Kugelpfanne berührt.

66. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für die Drehung der Kamera über ein kleines Programm oder App steuerbar ist.

67. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die App verschiedene Module aufweist, über die der Antrieb der Kamera für Bild-Stabilisierung oder Verfolgungs-Funktionen konzipiert sind.

68. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera mit mindestens einem Laserstrahler/eine Laserdiode, der/die ein gebündeltes Lichtpunkt im sichtbaren oder infraroten Lichtbereich als Markierungs-Punkt kontinuierlich oder kurzzeitig auf das vor der Kamera befindliches Bildmotiv abgibt, gekoppelt ist.

69. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ein beliebiges Gerät, das eine Kamera aufweist, eingebaut ist.

70. Kamera-System für ein Mobiltelefon/Smartphone nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Mobiltelefon/Smartphone eingebauter Lagesensor mit eine Steuerung gekoppelt ist, die den Antrieb für die Kugel-Kamera steuert, wobei die Kugel-Kamera so um die optischen Achse aktiv gedreht und richtig positioniert wird, dass stets eine optimal ausgerichtete senkrechte oder waagrechte Aufnahme, abhängig davon, ob ein Einzel-Bildaufnahme- oder Video-Aufnahme-Modus vom Benutzer gewählt wurde, erfolgt, unabhängig davon, wie schräg das Mobiltelefon/Smartphone beim Fotografieren gehalten wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Mobiltelefon, das mit einer Digitalkamera ausgestattet ist, die in eine gekapselten Hohlsphären angebracht ist, die bei eine Variante mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Bildsensor und seine Optik-Begleitelemente, innerhalb des Mobiltelefons, elektromagnetisch angetrieben beweglich sind und Aufnahmen sowohl von der Rückseite, als auch Vorderseite des Mobiltelefons mit nur einer Kamera ermöglichen.

Die Digitalkamera ist in einem kompakten Kugel-Gehäuse eingebaut und in eine statisch in dem Mobiltelefon eingebauten Kammer, die wie eine Kugelpfanne/Hohlsphäre bzw. Kugelschale gestaltet ist, platziert. Das Kugel-Gehäuse ist in der Lage in nahezu beliebige Richtungen innerhalb des Mobiltelefons gesteuert schnell sich zu drehen und somit auch schnell bewegliche Ziele zu erfassen, ohne dass es erforderlich ist, das ganze Gehäuse des Mobiltelefons, in dem die Digitalkamera eingebaut ist, zu bewegen. Die Erfindung findet Anwendung in Mobiltelefone aller Art, unter anderen in sogenannten Smartphones. Das System ist in der Lage den Digitalkamera-Sensor und dessen Optik zu bewegen oder zu drehen und das gesteuert in beliebige Richtung. Nicht das Mobiltelefon wird bewegt oder gedreht, sondern lediglich die Kamera (komplett mit dem Bildsensor und seiner Optik) innerhalb des Mobiltelefons, fast wie ein menschliches Auge.

Nahezu jedes Mobiltelefon/Smartphone weist heutzutage eine eingebaute Digitalkamera auf, meistens sogar zwei. Zwei Digitalkameras sind notwendig, um mit einer die Umgebung zu fotografieren oder Videos zu machen und mit der anderen Digitalkamera eine Videokonversation über Anbieter, die solche Dienste anbieten (z. B. Facebook, Skype, Tanga oder Viber, X8, Aquila, etc.) zu ermöglichen. Weil der Einbau einer Digitalkamera aufwändig ist und auch weil die Teile nicht ganz günstig sind, werden in der Regel eine schwächere, minderwertige Frontkamera für Videokonversationen und Selbstporträts (sogenannte Selfies) und eine bessere Rückkamera für Bildmotiv- oder Videoaufnahmen eingebaut. Der Einbau von zwei Digitalkameras bringt noch weitere Nachteile mit sich. Der Platz in einem Smartphone wird dabei ziemlich eng für weitere Erweiterungen oder technische Neuigkeiten. In der Regel besetzt das meiste Platz in einem Smartphone der Akku. Aber auch die Digitalkameras und deren Steuerung sind nicht ganz zu vernachlässigen. Der Einbau einer schwächeren, minderwertigeren Frontkamera bringt weitere Nachteile mit sich. Die übertragene Videoqualität über Videochat-Programme ist über die Frontkamera ziemlich schlecht. Während die Rückkamera meistens gute Fotos oder Videos erstellen kann, kann die Frontkamera in der Regel minderwertige Bilder aufnehmen. Dadurch, dass das Internet heutzutage immer schneller wird, es liegt am Interesse der Benutzer, Bilder oder Videos mit hoher Qualität zu übertragen, auch die die mit der Frontkamera gemacht sind. Zudem viele Menschen sich selber fotografieren (sog. Selfies), ist eine gute Bildqualität von der Frontkamera wünschenswert. Für die Film-/Video- oder Bild-Aufnahme wird bei einem Mobiltelefon ein Bildsensor verwendet, nach dem sich auch die Bildauflösung richtet. Bedingt durch die kleine Abmessungen der optischen Linse sowie sehr kleine Sensoren ist die Bildaufnahme besonders anfällig für Bildrauschen. Auch bei guten Lichtverhältnissen können nur mäßig wertige Bilder erzeugt werden, verglichen mit herkömmlichen Digitalkameras. Es ist ja auch klar, das bei solche extrem kleinen Bildsensoren und auch Mini-Linsen nur wenig Licht aus dem Umfeld, bzw. Bildmotiv ankommt und die fehlende Lichtinformation über elektrische Wege kompensiert wird. Hinzu kommt auch dass die Sensor-Mikro-Bauteile in einen sehr engen Raum angeordnet sind, was zu Feld-Wechselwirkungen kommt und bei dem Daten-Signal-Transfer Interferenzen entstehen, somit kein „sauberer Transport” gewährleistet werden kann, was zum Bildrauschen führt. Erst wenn Organik-Photo-Sensor Technologie auf dem Vormarsch kommt, dann werden die Bilder weitgehend besser.

Der Einbau von zwei Digitalkameras in einem Smartphone erfordert nicht nur den Einbau von zwei Kamera-Bildsensoren, sondern auch die Optik-Begleitelemente, die in einem Bildaufnahme-Optik-System dazugehören, wie zum Beispiel die optische Linsen, Bildkorrekturelemente, Bildstabilisatoren, sowie eine Steuerung dazu. Auch die Software muss die beiden Digitalkameras separat steuern können, was auch die Bedienung eines Smartphone mehr oder weniger komplizierter macht.

Diese Erfindung, in einem Smartphone (Mobiltelefon mit PC-Eigenschaften) eingebaut, ersetzt praktisch komplett die zweite Digitalkamera, weil diese hier elektromagnetisch drehbar ist und kann sowohl von der Rückseite 70, als auch von der Vorderseite 69 Bilder oder Videoaufnahmen machen. Somit können die Hersteller bei ähnlich bleibenden Kosten, eine hochwertige Kamera einbauen, statt zwei minderwertige.

Es gibt zahlreiche Antriebssysteme, die geeignet sind, um eine Digitalkamera zu bewegen. Meistens werden Elektromotoren (in der Regel Schrittmotoren) und oft auch kleine Getriebe eingesetzt, die die Digitalkamera hin und her schwenken können. Allerdings sind die Elektromotoren und Getriebe mit einigen Nachteilen verbunden. Diese sind nicht unendlich klein zu bekommen, bringen dementsprechenden Gewicht mit sich, können für Störungen anfällig sein (z. B. Staub oder Feuchtigkeit), sind nicht absolut lautlos und auch nicht super schnell in Bewegung, wenn eine schnelle Schwenkung der Digitalkamera erreicht werden soll. Zudem als Bildstabilisator sind diese Systeme sowieso absolut ungeeignet, weil die Reaktionsgeschwindigkeit sehr niedrig ist.

Die Anmeldung GB 2439346 beschreibt eine Aufhängung (Gimbal) für eine Kugel, die ohne mechanischen Kontakt, rein elektromagnetisch erfolgt. Dort wird eine Kugel in einem Elektromagnet-Käfig gehalten, die dann gedreht werden kann. In der Kugel kann eine Digitalkamera eingebaut werden. Sowohl der drehbare Körper, als auch die Stator-Hülle sind hier mit einer großen Anzahl von Elektromagnetspulen ausgestattet, die mit Strom versorgt werden müssen. Durch die Interaktivität zwischen den Feldern der Spulen, wird eine Drehbewegung erzeugt. Der Digitalkamera-Bildsensor und die Elektromagneten sind mit elektrischen Leitungen gekoppelt, die wiederum an dem Stator gekoppelt sind, was zu Anfälligkeit bei der Bewegung der Digitalkamera und der Elektromagneten führt. Diese Anordnung ist zu kompliziert und wirtschaftlich uninteressant für kleine Geräte, wie z. B. Mobiltelefone. Um eine Kugel zu drehen, werden zahlreiche Methoden beschrieben.

Die Anmeldung JP 080272446 beschreibt eine Vorrichtung, die zum Bewegen von Figuren auf einer Sphäre dient. Die Bewegung kann in beliebige Richtungen, innerhalb physikalische Einschränkungen oder festgelegten Parametern, stattfinden.

Die Anmeldung US 5413010 beschreibt einen Elektromotor, der einen sphärischen Rotor aufweist.

Die Anmeldung US 5280225 beschreibt eine Vorrichtung, die ein Antriebs-System für einen sphärischen Körper konzipiert ist. Hier wird eine Sphäre im Prinzip eines Schrittmotors in mehrere Achsen gedreht. Diese Methode findet vielmehr in Robotik-Bereich Anwendung.

Die Anmeldung U.S. Pat. 3178600 zeigt eine Struktur mit sphärisch angeordneten Spulen an, wobei eine Rotation eines Körpers auf einer Achse zulässig ist.

Die Anmeldung U.S. Pat. 3260475 zeigt einen speziellen Elektromotor, dessen Rotor sphärisch gebaut ist und für Weltraum-Fahrzeuge konzipiert ist. Der dabei entstehendes Drehmoment kann in verschiedene Richtungen entfaltet werden, somit auch das Fahren in verschiedene Richtungen, ohne spezielle Lenkvorrichtungen oder Getriebe, möglich.

Bei all diesen Anmeldungen, wobei eine Kugel gedreht wird, sind die dort beschriebenen Systeme ziemlich kompliziert, nicht ohne großen Aufwand in sehr kleinen Maßstab hin zu bekommen und auch relativ anfällig.

Ein Dreh-Magnetfeld zu erzeugen ist heutzutage auch keine Kunst mehr. Dreh-Feld-Elektromotoren gibt seit mehr als einem Jahrhundert.

Es werden Digitalkamera-Systeme für Smartphone beschrieben, auch solche die drehbar sind, allerdings fast alle werden mechanisch bedient. Mehrere Smartphone-Hersteller haben Smartphone entworfen, die eine drehbare Digitalkamera haben, die per Hand mechanisch gedreht wird und dadurch wahlweise Bilder von hinten oder Frontbilder machen kann. Solche Digitalkameras wurden früher auch in einige Laptops eingesetzt, wie z. B. ältere Baureihen von ASUS (Modell ASUS W5000). Die Digitalkamera hier ist auf einem drehbaren Rahmen eingebaut und wird per Hand nach hinten oder vorne gedreht. Diese Digitalkamera kann nur auf einer Achse gedreht werden. Man könnte theoretisch auch eine in mehrere Richtungen drehbaren Digitalkamera konstruieren, die in einer Kardanaufhängung angebracht wäre. Eine elektrisch drehbare Digitalkamera im herkömmlichen Sinne für Notebooks ist aber in dem Fall mit mehreren Problemen verbunden: z. B. der herkömmliche Antrieb (meistens über Schrittmotoren und Getriebe) wäre zu grob, anfällig und würde die Ästhetik des Mobiltelefons zunichte machen.

Eine Art Webcam (IP-Webcam), die schon auf dem Markt sich befindet, kann sich elektrisch bewegen, wird aber über Elektromotoren und ein kleines Getriebe angetrieben. Ein solches Prinzip wird auch bei zahlreichen Modellen von Überwachungskameras eingesetzt. Die Bewegungs-Reaktionsgeschwindigkeit ist nicht besonders hoch. Es gibt ähnliche Prinzipe, die auch auf einem Mobil-Telefon, Laptop, Tablett-PC usw. theoretisch übertragbar wären.

Es gibt bekannte Methoden, einen Bildsensor in eine Digitalkamera elektromagnetisch drin leicht hin und her zu schwenken, wobei das Blickfeld geringfügig verschoben wird. Die optischen Elemente bleiben dabei statisch. Mit solchen Methoden werden Bildstabilisierungen vorgenommen, allerdings ist die Blickfeld-Änderung dabei nur sehr klein, sodass keine großartigen Effekte zu erwarten sind. Zudem sind hier physikalische Grenzen gesetzt: je weiter der Bildsensor sich bewegt, desto verzerrter wird das Bild, weil der Sensor sich auf dem Blickfeld bzw. Fokus-Punkt der einfallenden Lichtstrahlen bewegt. Die optischen Elemente folgen die Sensorbewegung nicht mit. Ähnlich funktioniert eine Methode, wobei nur eine der Linsen (oder eine Gruppe von denen) sich hin und her schwenken kann. Auch hier treten Nachteile auf, in Form von Bildverzerrung bei großen Schwenk-Amplituden. Hier wird der einfallende Lichtstrahl mehr oder weniger verzerrt, je nachdem, wie groß die Schwenk-Amplitude der Linse ist.

Die namhafte Hersteller (z. B. SONY, Panasonic, etc.) bauen elektromagnetisch bewegbare Linsen in Smartphone-Digitalkameras oder bei anderen hochwertigen Geräten. Die Linse ist dabei entlang der optischen Achse hin und her bewegbar. Auf diese Weise funktioniert die automatische Autofokus-Einstellung, bei hochwertigen Digitalkameras.

Wie beschrieben, es gibt genügend elektrische Antriebe für Digitalkameras (Überwachung-Kameras, IP-Webcams, etc.), aber es werden dort für den Antrieb hauptsächlich Elektromotoren und auch Getriebe eingesetzt. Die Antrieb-Systeme sind dort zu grob, zu langsam und es ist nahezu unmöglich oder sehr aufwändig diese auf Reiskorn-Größe zu verkleinern.

Der in den Patentansprüchen 1 bis 70 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kamera-System für ein Mobiltelefon zu schaffen, dass mit einem Antriebs-System ausgestattet ist, das flüssige Bewegungen der Kamera ermöglicht, wobei die Kamera innerhalb des Mobiltelefons schnell und lautlos, mit dem Effekt fast wie ein menschliches Auge, sich dreht, Aufnahmen sowohl von der Rückseite, als auch von der Vorderseite des Mobiltelefons ermöglicht und somit eine zweite Kamera ersetzt.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 4, sowie Unteransprüchen 5 bis 70 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

  • – die Kamera dreht sich innerhalb des Mobiltelefons (also z. B. keine Schwenkung eines Smartphones notwendig, um ein Zielobjekt, das etwas links oder rechts beim Fotografieren liegt), somit auch 360° Aufnahmen möglich,
  • – macht recht fließende Bewegung,
  • – lautlos in Bewegung
  • – bringt kaum Zusatz-Gewicht mit,
  • – weniger Stromverbrauch,
  • – kaum Verschleißteile, daher sehr langlebig,
  • – eine blitzschnelle Änderung der Drehrichtung der Kamera möglich,
  • – optimal für Video-Überwachungs-Zwecke,
  • – extrem schnelle Drehung des Bildsensoren + deren Optik,
  • – zuverlässige und schnelle Verfolgung eines beweglichen Objektes
  • – ersetzt die zweite Kamera in einem Smartphone (Mobiltelefon mit PC Eigenschaften),
  • – günstiges System in der Herstellung und einfache, wartungsfreie Vorrichtung.

Die Erfindung ist ein Kamera-System für ein Mobiltelefon, wobei der Bildsensor und seine optische Begleitelemente, flüssig beweglich sind und dabei in der Lage ist, ein zu fotografierendes Ziel zu verfolgen, eine Videoaufnahme von einem beweglich Objekt oder Person zu machen, beziehungsweise eine automatische Rotation des Bildsensoren und seiner Optik zu erreichen, um Bilder oder Videoaufnahmen von verschiedene Blickwinkeln, vorzugsweise von hinten und/oder von vorne (mit nur einem Bildsensor zu realisieren). Es ist ein sehr kleines bewegliches Digitalkamera-System, dass in einem kleinen Mobiltelefon integrierbar ist, dass in der Lage ist, ähnlich wie das Auge eines Menschen oder sogar schneller die Kamera zu bewegen und innerhalb vorhandenen Parametern das Blickfeld dynamisch zu erfassen. Die Bewegung der Kamera erfolgt sehr schnell, lautlos und ist präzise steuerbar. Die Kamera kann sich drehen oder auch rotieren, sodass Video-/Bildaufnahmen aus verschiedene Blickwinkel, sogar auch aus der Rückseite 70 und Vorderseite 69 des Mobiltelefons möglich sind.

Die Vorrichtung kann so konzipiert werden, dass das Antriebssystem mit einer Steuerung gekoppelt ist, das in der Lage ist, auch automatisch zu erkennen, ob der Bildsensor und seine Optik-Elemente innerhalb Mobiltelefons nach vorne oder nach hinten gerichtet werden sollte, je nachdem ob man vollständig auf eigenes Gesicht zielt oder auf ein Motiv, das auf der Rückseite des Mobiltelefons sich befindet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 48 erläutert. Es zeigen:

1 eine Variante, die eine Voll-Kardanaufhängung (3D-Achsendrehung) aufweist.

2 eine Variante mit eine Spiralfeder,

3 eine Vorrichtung, die eine Variante mit einem Magnetfeldsystem Aufhängung darstellt,

4 eine vollautomatisches Verfolgungssystem, das die Bewegung des Bildsensors steuert,

5 und 6 das Funktionsprinzip des Antriebs,

7 eine Variante mit Zwei-Achsen Aufhängung,

8 bis 48 verschiedene Arten und Ausgestaltungen dieser Erfindung.

Der Bildsensor 2 und seine optischen Begleitelemente 5 sind vorzugsweise in einem kleinen kugelförmigen Gehäuse 1 angebracht (in diese Anmeldung wird das Gehäuse mit der Digitalkamera drin, einfach nur Kugel-Gehäuse oder Kugel-Kamera genannt), dass in einer Hohlsphärischen-Kammer (diese wird auch Kugelschale oder Hohlsphäre genannt), das nur bisschen grösser als die Kugel-Kamera ist, angebracht ist. Die Kugel-Kamera ist praktisch wie eine Kugel eines Kugelgelenks, das in eine Kugelpfanne angebracht ist, konzipiert und so bewegt sich auch. Die Kugel-Kamera 1 kann einfach lose und frei drehbar in der Hohlsphäre 8 platziert werden, oder sie kann über Drehwellen befestigt oder über eine einfache Kardanaufhängung oder eine Spiralfeder mit der der Hohlsphäre 8 verbunden werden, wobei in diesem Fall, die Kugel-Kamera nicht mehr die Hohlsphären-Wand berührt. Die Hohlsphäre ist bei einigen Varianten statisch angebracht, also unbeweglich, nur die Kugel-Kamera drin bewegt sich. Bei anderen Ausführungen ist sowohl die Kugel-Kamera, als auch die Hohlsphäre drehbar. Die Hohlsphäre ist bei einer Variante mit einer Flüssigkeit 34 gefüllt, die eine reibungsarme Drehung der Kugel-Kamera ermöglicht. Die Flüssigkeit kann ein durchsichtiges Öl, Alkohol, destilliertes Wasser oder eine andere sein. Hauptsache, sie ist durchsichtig, weil sie auch vor der Kamera-Linse sich befindet, also auch zwischen dem Lichtfenster der Kugelschale und der Linse der Kugel-Kamera. Die Kammer in der die Flüssigkeit sich befindet hat ein sehr kleines Volumen, weil die Kugel-Kamera sehr knapp in die Kugelschale drin steckt, dementsprechend ist die Menge der Flüssigkeit dort sehr gering. Vorzugsweise sind in der Kugelschale zwei Lichtfenstern eingebaut: eine für die Aufnahmen aus der Rückseite 70 und das andere für die Aufnahmen 69 aus der Vorderseite des Mobiltelefons/Smartphones 29.

Eine solche Digitalkamera kann außer in einem I-Phone, Smartphone oder anderes Mobil-Telefon, auch in einem Tablett-PC oder Laptop eingebaut, wobei auch dort sie in dem Gehäuse drin elektrisch, durch Magnetfeldwechselwirkung berührungslos drehbar ist und sowohl für Rückaufnahmen als auch für Frontaufnahmen geeignet ist. Auch hier wird die Digitalkamera vorzugsweise in Form einer Kugel gebaut und in eine Kugelpfanne/Hohlsphäre platziert, ähnlich wie das menschliche Auge in seine Hohlraum platziert, die durchsichtig ist oder zumindest in einem Teil einen Fenster aufweist, durch die die Kugel-Kamera das Licht von der Umgebung bekommt.

Die Kugel-Kamera ist komplett mit Bildsensor 2, Elektronik-Bauteile und begleitende Optik-Elemente (z. B. Linsen, Mini-Prismas, etc.) ausgestattet. Die Kugel-Kamera wird nicht wie herkömmlich durch Getriebe oder Elektromotoren gedreht (auch nicht manuell durch Berührung), sondern durch einen oder mehrere Elektromagneten 10 gesteuert über Magnetfeldwechselwirkung in gezielte Richtung berührungslos gedreht oder geschwenkt. Die Schwenkung, bzw. die Drehung kann in einer oder mehreren Achsen erfolgen. Weil die Kugel-Kamera in die Kugelschalen-Kammer nur drin platziert ist und nirgendwo sonst befestigt, ist sie frei drehbar. Die umgebende Flüssigkeit 34 ermöglicht eine gleitende Dreh-Bewegung. Eine Multi-Achsendrehung kann auch durch eine Kardan-Aufhängung 22 realisiert werden, falls die Kugel-Kamera die Hohlsphären-Wand nicht berühren soll. Allerdings die einfachste Variante sieht vor, dass die Kugel-Kamera, insbesondere bei solche kleinen Geräten, wie Mobiltelefone/Smartphones, in die Kugelpfanne/Hohlsphäre einfach frei beweglich lose drin steckt, wobei diese elektromagnetisch berührungslos gedreht wird. Die Kugel-Kamera muss nicht unbedingt gelagert sein. Sie berührt die Wände der Kugelpfanne/Hohlsphäre, allerdings ist ihr Gewicht sehr klein und dadurch entsteht kaum Reibung, wenn sie hin und her durch Elektromagnet-Spulen gedreht wird. Das Material, aus dem die Kugel-Kamera-Gehäuse und die Kugelpfanne/Hohlsphäre bestehen, soll kratzfest sein (zumindest die Flächen-Beschichtungen, die auf einander reiben werden). Der Stromsignal-Transfer zu dem Bildsensor erfolgt durch eine flexible Leitung 20 oder durch kleine Induktions-Spulen auch berührungslos. Die Digitalkamera kann zwar auch andere Formen haben (z. B. wie ein Ei, oval förmig) oder auch mit kleinen Kanten versehen, allerdings die Form einer Kugel ist am besten dafür geeignet. Die Kugel-Kamera ist mit Magnetbereichen 15 (47) oder mindestens einem Dauermagneten 13 versehen wobei diese mit Hilfe einer oder mehrere Elektromagnetspulen 10, die in die Kugelpfanne/Hohlsphäre 8 eingebaut sind, in beliebige Richtung berührungslos, alleine durch Magnetfeld-Wechselwirkungskraft schwenkbar/drehbar sind. Sobald ein Magnetfeld durch die Spulen aufgebaut wird, orientiert sich der Dauermagnet 13, der in die Kugel-Kamera 1 sich befindet, automatisch an das Magnetfeld der elektromagnetischen Spulen. Je nachdem welche der Spulen aktiv ist, wird auch der Dauermagnet an die Magnetfeldlinien 17 der aktiven Spulen sich orientieren. Die Strom-Signal-Leitung 20 für die Kugel-Kamera (bzw. dessen Bildsensor) kann aus fein verdrillten Drähten bestehen. Damit kann die Stromversorgung und Signalabnahme von dem Bildsensor der Kugel-Kamera erfolgen. Die Kugel-Kamera wird durch die Elektromagneten, je nachdem welche der Elektromagnet-Spulen in die Hohlsphäre aktiv ist, beliebig in jede Richtung, schnell und lautlos gedreht. Durch die Software (hauptsächlich über die des Mobiltelefons) unterstützt, kann das zu fotografierende Ziel dadurch schnell erfasst und verfolgt werden, auch wenn es sich schnell bewegt, wobei es stets nahezu mittig auf dem Videoaufnahme Bilder bleibt, auch bei Einzel-Bildaufnahmen.

Sogenannte Face Tracking kann damit leicht realisiert werden, weil die Digitalkamera das Gesicht einer bewegenden Person durch ihre Drehung verfolgen könnte und das Gesicht stets in die Mitte der aufgenommenen Bilder platzieren. Der Versuch des zu fotografierenden Objekts aus der Mitte des Bildes fortzubewegen, wird durch Schwenkung der Kugel-Kamera voll kompensiert, bis das Ende des gesamten Blickfeldbereichs erreicht ist. Das sieht ähnlich aus, so wie ein Mensch mit seinen Augen ein bewegendes Objekt verfolgt, ohne sich dabei den Kopf zu drehen. Auch beim Spazierengehen mit einem Smartphone in der Hand, könnte man per Videochat mit jemandem unterhalten, ohne sich dabei Gedanken zu machen, ob man noch auf dem Bild ist oder nicht. Mit dem Antrieb-System wäre der Benutzer immer mittig auf dem Bild oder Videoaufnahme zu sehen, solange er innerhalb dem Blickfeld-Radius sich befindet. Die Bilder wären Verwacklungsfrei, egal wie heftig das Mobiltelefon hin und her geschwenkt wird. In einem Mobil-Telefon 29 (Smartphone, z. B. I-Phone) eingebaut, wird an der Stelle, wo die Kugel-Kamera sich befindet, eine durchgehende Bohrung eingebaut werden müssen, in der die Kugelpfanne/Hohlsphäre und die Kugel-Kamera platziert sind, wobei ein Blickfeld nach hinten und nach vorne möglich ist. Die Kugelpfanne/Kugelschale kann mit zwei Lichtfenstern ausgestattet werden, aber auch eine reichen würde, nur das in dem Fall auch die Kugelpfanne/Hohlsphäre rotierbar/beweglich sein müsste. Auch diese kann mit Hilfe von Elektromagnet-Spulen gedreht werden. Allerdings für die Drehung der Hohlsphäre wären lediglich zwei Postionen notwendig: Normal und um 180° nach hinten gedreht, somit auch die Anzahl der Elektromagnet-Spulen auf nur eine reduzierbar. Ein Dauermagnet in die Hohlsphäre würde sich anhand des aktuellen Magnetfeldes der Spule sich orientieren. Eine Umpolung des Magnetfeldes der Spule, würde die Kugelpfanne/Hohlsphäre dann nach hinten drehen. Verglichen mit der einfachen Einbau von zwei Fenstern ist diese Variante etwas komplizierter, aber auch machbar.

Der Antrieb für den Bildsensor und seine Optik kann außer elektromagnetisch auch in anderen Formen und Prinzipien gestaltet werden:

  • – ein elektrostatisches Antrieb ist ebenso sehr effizient (der wird oft als Mikro-Aktor für Spiegel-Chips verwendet), allerdings erfordert er eine höhere Spannung, die durch elektronische Spannungs-Wandler 50 realisierbar ist. Hier werden spezielle Elektroden 49 unter Spannung gesetzt, die dann anziehende oder abstoßende Kräfte durch elektrische Felder generieren können.
  • – ein Piezoelement-Antrieb ist sehr schnell und kann auch eingebaut werden. Die Frequenz der Piezoelemente 51 ist erstaunlich hoch und kann mehrere kHz bis MHz betragen, was allerdings nicht voll ausgeschöpft werden sollte, weil dann durch die Trägheit der Kugel-Kamera erhebliche Schäden am Bildsensor verursacht werden können (41).
  • – ein Antriebs-System mit Magnetostriktions-Elemente ist ebenso als Mikro-Aktor-System geeignet und ist recht schnell, wird aber hier nicht verwendet, weil die anderen Methoden weitgehend optimaler sind.
  • – Zuletzt kommen auch elektroaktive Kunststoff-Streifen 52 oder elektroaktive Kunststoff-Spiralen 37 als Mikro-Aktoren in Frage. Diese sind ebenso effektiv in Erzeugung von Drehmomenten, die auf die Kugel-Kamera übertragbar sind (42).

Die Digitalkamera aus der Erfindung hier hat einigen Vorteilen gegenüber der Stand der Technik. Diese Digitalkamera wird innerhalb des Mobiltelefons berührungslos über Elektromagnetfelder gedreht, wobei die Drehung blitzschnell und lautlos erfolgt, was auch für diskrete Überwachungszwecke optimal ist. Die Digitalkamera hier wird nicht nur hin und her gedreht, sondern auch eine Zielverfolgung realisiert werden. Durch softwaremässig-gesteuerte Bewegung kann eine automatische Zielverfolgung damit problemlos realisiert werden. Weil hier nicht das ganze Mobiltelefon-Gehäuse (Digitalkamera Träger-Gerät) sich dreht, sondern nur das Teil, in dem der Bildsensor und seine Optik sich befinden, ist eine extrem schnelle Schwenkung möglich. Diese sehr schnelle Reaktion, kann problemlos auch für Bildstabilisierungs-Zwecke (wie ein Art Bildstabilisator-System) verwendet werden. Die Kugel-Kamera würde hier wie ein Auge eines Menschen hin und her schauen, bzw. das beobachtetes Ziel nicht aus „den Augen” verlieren und auch sehr kleine und extrem schnelle entgegengesteuerte Schwenkbewegungen absolvieren, wodurch auch kleine Ziffer-Bewegungen vom Benutzer während der Bild- oder Videoaufnahmen perfekt ausgeglichen wären. Das Antriebs-System kann die Kugel-Kamera sehr schnell hin und her drehen, auch impulsartig und mit sehr kleinen Bewegungen. Gegen-Bewegungen können sehr gut für den Ausgleich der Ziffer-Bewegungen während Video- oder Bildaufnahmen, verwendet werden. Die herkömmlichen Digitalkameras in hochwertigen Mobiltelefone verwenden dafür eine bewegliche Linse, die sehr kleine aber sehr schnelle Schwenk-Bewegungen absolviert, die entgegen der Zitterbewegung wirken, wobei der Brennpunkt des Bildmotivs auf dem Bildsensor stets auf der gleichen Stelle bleibt, obwohl die Kamera leicht hin und her wackelt und das mit dem Rhythmus der Zitterbewegungen des Kamerabenutzers. So sind in der Regel herkömmliche Bildstabilisatoren gebaut. Das Antriebs-System für die Kugel-Kamera kann sehr wohl solche Ziffer-Bewegungen ausgleichen. Damit wäre ein Bildstabilisator nicht mehr unbedingt notwendig. Dieser Vorgang kann ähnlich wie bei herkömmlichen Digitalkameras über eine Steuereinheit geregelt werden. Wandert sehr schnell der Brennpunkt auf dem Bild Sensor hin und her, kann das eine Indiz sein dass Ziffer-Bewegungen stattfinden, wobei das Antriebs-System durch die schnelle, kleine Schwenkung der Kugel-Kamera diese auszugleichen versucht.

Durch sehr kleine Schwenkungen kann man sogar mit nur einer Kamera 3D-Bilder aufnehmen. Zuerst wird ein Bild aufgenommen, dann wird die Kugel-Kamera nur leicht und schnell geschwenkt, wobei ein weiteres Bild aufgenommen wird. Das zu fotografierendes Objekt wäre dann aus zwei verschiedenen Perspektiven aufgenommen, wenn auch mit nur ein paar mm Verschiebung, aber durch Software-Unterstützung könnte durchaus ein 3D-Bild nachhinein entstehen. Das gleiche kann man auch für Videoaufnahmen verwenden. Die Kugel-Kamera kann in schnelle Zitterbewegungen elektromagnetisch versetzt werden, wobei bei jeder Stopp-Position, kurz vor Umkehr-Bewegung, ein Bild für die Videoaufnahme aufgenommen wird. Die Zitterbewegungen der Kugel-Kamera sind leicht mit einem elektronischen Oszillator (z. B. eine elektronische Mono oder Bipolar-Kippschaltung, eine elektronische Multivibrator-Schaltung oder Logic-Oszillator-Schaltung), der einen Wechselstromsignal erzeugt, das an die Spulen weitergeleitet wird, zu erzeugen. Mit Software-Unterstützung wäre möglich die Bilder aus der linken und rechten Stopp-Position getrennt voneinander zu eine Gesamtvideo hinzufügen, die dann durch herkömmliche 3D-Bild-Wiedergabe-Methoden an Zuschauer weitergegeben werden.

Die Kugel-Kamera wird mit Hilfe von Elektromagneten in beliebige Richtungen, ähnlich wie ein Rotor in einem Elektromotor, gedreht werden. Natürlich findet hier keine über 360° Drehung statt, die kontinuierlich anhält, wie bei einem Elektromotor, sondern vielmehr sind diese Schwenk/Drehbewegungen. Im Gegensatz aber zu einem Elektromotor, sind die Bewegungen der Kugel-Kamera nicht nur in einer Achse, sondern in beliebige Richtungen.

Bei einer Variante, um eine Magnet-Feld-Wechselwirkung zwischen den außerhalb angebrachten Elektromagnet-Spulen und der Kugel-Kamera zu realisieren, reicht völlig aus, wenn die Kugel-Kamera 1 Meridial oder Äquatorial einen Magnetring 14 aufweist, einen Magneten drinnen hat oder einen magnetisierten Bereich aufweist (6). Mit Hilfe von Elektromagnet-Spulen außen, die in die Kugelpfanne/Hohlsphäre an verschiedene Stellen platziert sind und die von einer Steuerung gezielt mit Strom versorgt werden, wird die Kugel-Kamera berührungslos gedreht. Je mehr in der Anzahl und je kleiner die Elektromagneten in die Kugelpfanne/Hohlsphäre eingebaut sind, desto präziser ist die Drehung der KugelKamera. Durch eine koordinierte Magnetfeld-Intensität Steuerung der Spulen, kann man theoretisch mit nur drei oder vier Spulen, die Kugel in jede Richtung bewegen. Weil die Kugel-Kamera innerhalb der Kugelpfanne/Hohlsphäre drehbar ist, kann diese sowohl als Rückkamera als auch Frontkamera benutzt werden. Selbstverständlich dreht sich die Kugel-Kamera dabei nicht unkontrolliert, sondern diese wird sehr genau über die Steuerung der Spulen auf gewünschtes Blickfeld positioniert. Das Anhalten in der gewünschte Position kann ebenso über die Magnetfelder der Spulen erfolgen, durch Erzeugung von Gegenfelder, der Schwenkung entgegenwirken, die aber rasch abgeschwächt werden, wenn die Kugel langsamer wird. Die Gegenkraft soll die Kugel lediglich bremsen, aber nicht gleich in die Gegenrichtung drehen, weil dann Schwing-Bewegungen entstehen, die das Bild verschwommen werden lassen. Die Kugelpfanne/Hohlsphäre kann komplett durchsichtig gebaut werden, oder sie kann an bestimmte Stellen mit großen Lichtfenstern 9 ausgestattet, durch denen das Licht von den Bildmotiven, bzw. Umgebung in die Digitalkamera-Kugel ankommt und dessen Sensor auch erreicht. Bei einer durchsichtigen Kugelpfanne/Hohlsphäre, ist die Digitalkamera wie eine kleine Kugel in eine durchsichtige Kapsel angebracht und wird berührungslos durch Elektromagneten bewegt. Kleine zusätzliche Optik-Elemente (Linsen) können eine leichte Bildverzerrung, die durch die sphärenförmigen Fenster entsteht, erfolgreich korrigieren. Die Digitalkamera kann auch mehr oder weniger aus dem Mobiltelefon herausgefahren werden, um den Blickwinkel zu vergrößern. In dem Fall wäre eine weitere Elektromagnet-Spule 10 notwendig, die die Kugelpfanne/Hohlsphäre 8 oder ein Hohlzylinder in der die Kugel-Kamera angebracht wäre, aus dem Mobiltelefon mehr oder weniger herausfährt.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung auch die Tatsache, dass hier keine extra Lichtablenkungselemente eingebaut werden müssen und das vereinfacht die Sache enorm. Die Leiter-Verbindung zwischen der beweglichen Kugel-Kamera und der Signalverarbeitungseinheit, die außerhalb der gekapselten Sphäre sich befindet, ist eine etwas längere, flexible Leitung 20, die die Bewegungen der Kamera nicht weiter behindert. Diese Leiter oder Mikro-Kabel muss sehr viele Schwenkungen aushalten und dabei stets eine einwandfreie Signalübertragung ermöglichen. Verflechte Mikro-Kabel, wie man aus den Lautsprecher-Membranen kennt, können dabei sehr viele Schwingungen aushalten. Obwohl hier die Kugel-Kamera nicht nur in Schwingungen versetzt, sondern auch hin und her gedreht wird, können solche Kabel bei täglichen Belastungen einige Jahre aushalten. Um die Sicht nach vorne und hinten nicht zu behindern, am besten befestigt man diese Leitung spiralförmig seitlich an die Kugel-Kamera und Kugelschale angeordnet.

Wie beschrieben, kann die Kugel-Kamera einfach lose in die Kugelpfanne/Hohlsphäre ohne jegliche Lager eingebaut werden. Man kann auch einen einfach konzipierten Zweiachsen Kardanaufhängung 23 (es reicht dabei eine stark vereinfachte Kardanaufhängung, mit nur einem kleinen Arm, wie in der 7 dargestellt ist, einzubauen). Die Bewegungen werden durch elektromagnetischen Antrieb berührungslos durchgeführt. Die unerwünschten Weiter-Schwingungen der Kugel-Kamera, werden durch die Flüssigkeit 34 in dem engen Raumzwischen der Kugel-Kamera und der Kugelschale weitgehend gedämpft, aber diese können auch elektromagnetisch oder durch Wirbelstromtechnik schnell gedämpft werden. Eine Steuereinheit 21 kann beim Erreichen einer bestimmten Drehposition der Kugel-Kamera 1 über Elektromagnet-Spulen 10 Gegen-Magnetfelder schnell erzeugen, die der Kugel-Kamera-Weiterdrehung oder deren Schwingungen entgegenwirken. Bei Verwendung von Kardanaufhängung, oder bei Varianten, wobei die Kugel-Kamera einfach in die Kugelpfanne/Hohlsphäre lose, schwimmend in die Flüssigkeit steckt, sind keine Weiter-Schwingungen zu erwarten, sobald die gewünschte Positionierung erreicht ist und die aktiven Elektromagnetspulen abgeschaltet sind.

Weil die Kamera 1 auch um die optische Achse sich drehen kann, ist das Fotografieren bzw. Erzeugung von perfekten Bildern auch bei Schräghaltung des Mobiltelefons möglich. Durch eine gesteuerte Drehung der Kamera in Zusammenspiel mit dem Lagesensor des Mobiltelefons/Smartphones, wäre das aufgenommene Bild stets perfekt gerade ausgerichtet, egal wie schräg man das Mobiltelefon hält (48). Der Lagesensor, der fast in jedem Mobiltelefon heutzutage eingebaut ist, gibt der Steuerung die Informationen, wie das Mobiltelefon steht und somit kann leicht über eine elektronische Steuerung, die Drehung der Kugel-Kamera in der richtigen Stellung veranlasst werden. Über eine Steuereinheit und natürlich Software-Unterstützung des Mobiltelefons kann für Videoaufnahmen automatisch der Digitalkamera-Bildsensor bzw. die Kugel-Kamera so gedreht bzw. ausgerichtet werden, dass Breitbild-Aufnahmen erfolgen. Bei Einzelbildaufnahme kann, wenn gewünscht oder wenn das auf Automatik-Modus eingestellt wird, eine perfekte vertikale Ausrichtung der Fotoaufnahmen erfolgen, was durch die 90° Drehung der Kugel-Kamera auf der optischen Achse möglich ist. Durch die automatische Steuerung, wird die Kamera automatisch für Einzelbildaufnahmen auf vertikal-Position angeordnet und bei Videoaufnahmen, um 90° gedreht, für Breit-Modus-Videoaufnahmen. Somit gehören die Fehler, die man bei Videoaufnahmen macht, wobei das Handy/Mobiltelefon senkrecht steht, der Vergangenheit an. Senkrechte Videoaufnahmen sind auch wegen der schwarzen Balken, die bei Bildwiedergabe an einem TV-Gerät entstehen, nicht gewünscht. Das Videobild erscheint kleiner und die schwarzen Balken nehmen fast die Hälfte oder mehr der Bildfläche weg.

Die Steuerung kann die Kugel-Kamera so ablenken, dass mit relativ hoher Frequenz (z. B. mehrere hunderte Hz), diese hin und her schwenkt, sodass gleichzeitige Bild- oder Videoaufnahmen aus Bildmotiven die weit auseinander liegen, verschiedene Perspektiven, sehr breite Panorama Bilder, 360° Bildaufnahmen oder Bilder sowohl aus der Rückseite als auch aus der Vorderseite 69 des Mobiltelefons möglich sind, ohne dass das Mobiltelefon per Hand geschwenkt werden muss. Lediglich die Verschlusszeiten, bzw. die Bildsensor Ein- und Abschaltungen sollen so synchronisiert werden, dass die Bilder aus verschiedenen Bildmotiven, die weit auseinander liegen, Bilder aus der Rückseite und der Vorderseite, getrennt werden. Z. B. die erste Millisekunde liefert ein Bild aus dem Bildmotiv A, das rechts aus der Sicht des Mobiltelefons liegt, die zweite Millisekunde wird die Kugel-Kamera geschwenkt und das Motiv B im Blickfeld nehmen, das links von dem Mobiltelefon liegt (8). Das gleiche kann mit den Bildmotiven aus der Vorderseite und aus der Rückseite erfolgen (weil die Kugel-Kamera von vorne nach hinten gedreht wurde). Bei Videoaufnahmen kann die Schwenkung hin und her synchron mit der Bild-Frequenz erfolgen, sodass gleichzeitig zwei Videos aus zwei verschiedenen Bildmotiven entstehen können. Das würde bedeuten, z. B. in die erste Millisekunde das Motiv A aufgenommen wird, die zweite Millisekunde erfolgt die Schwenkung nach B, während der dritten Millisekunde wird das Bild aus dem Motiv B aufgenommen, dann während der vierten Millisekunde die Schwenkung von B nach A erfolgt, dann während der fünften Millisekunde das Motiv A aufgenommen, dann in die sechste Millisekunde die Schwenkung von A nach B erfolgt und so weiter. Der Übergang kann durch Verschlusszeiten bzw. Sensor Ein- und Abschaltung ausgeblendet werden. Die Autofokus-Funktion kann die Einstellungen einmal vornehmen und dann diese bei den verschiedenen Bildmotiven „merken”, sodass keine neue Nachjustierung erforderlich ist. Beim Drehen um 180°, während Durchqueren der Lichtachse wird das Bild auch nicht verschwommen, sondern dabei lediglich das Licht-Aufnahme-Feld aus der Vor- oder Rückseite gewechselt (8).

Mit eine Bewegungs-Sensor-Unterstützung oder Softwareunterstützt, gekoppelt mit einem Gravitations-Sensor oder kombiniert mit eine herkömmlichen Bildstabilisierungs-Vorrichtung 7, kann das System als perfektes Stabilisierung-System gegen verwackelte Bilder konzipiert werden.

Bei einer Variante, die in der 10 dargestellt ist, wird die Oberfläche eines Plastik-Fensters des Mobiltelefons, dass das Sehfeld des Bildsensors schützt, aus einem speziellen Polymer-/Kunststoff 40 (z. B. elektroaktiven Kunststoff) hergestellt, das in der Lage ist, elektrisch oder thermisch gesteuert vorübergehend eine Kuppe nach außen zu bilden. Weil der Rand der Fenster-Kuppe mit einem nicht dehnbaren Ring 65 begrenzt ist, wird das die Bildung der Kuppe fördern, die durch die Ausdehnung des elektroaktiven Polymer-Elements entsteht. Die unter elektrische Spannung eingeleitete Ausdehnung der Fenster-Kuppe kann sich nicht über dem Ring ausweiten. Eine leichte mechanische Vorspannung, die eine Kuppe nach Aussen zu formen tendiert, führt zu Bildung der Kuppe bei elektrischer Reizung des Polymers. Weil das Fenster schon im inaktiven Zustand leicht nach außen gebogen ist, wird eine Ausdehnung die Kuppen-Bildung nach Außen einleiten. In die Fenster-Kuppe kann die kugelförmige Kamera durch eine Elektromagnetspule angetrieben, sich hineinschlüpfen und dadurch den Blickwinkel deutlich erweitern, was interessant wäre, etwa, wenn das Mobil-Telefon auf dem Tisch liegt und man möchte aus diese Position den ganzen Raum fernüberwachen. Sobald die Überwachung nicht mehr erforderlich ist oder vom Benutzer unterbrochen wird, kann die Spannung zu elektroaktiven Polymer-Element unterbrochen werden und die gebildete Fensterkuppe nimmt wieder die normale, fast flache Form wieder ein. In dem Fall sinkt auch die Kamera hinein in die normale Position zurück. Nicht zu vernachlässigen sind dabei die leichten Bildverzerrungen, die durch die Veränderung der Licht-Brechung entstehen, die aber durch Software leicht korrigiert werden können. Die Änderung der Biegungsgrad des Lichtfensters kann auch für Autofokus-Einstellungen verwendet werden, weil diese Änderung, die Flüssigkeit 34 drin miteinbezogen, eine Veränderung der Lichtbrechung verursacht und wie eine Fokus-Änderbare-Linse wirkt. Die Kugelschale kann leicht elastisch oder zumindest mit einer elastischen Stelle oder Membran versehen, die die Druckänderungen in der Flüssigkeit nachgibt, weil bei Erzeugung einer Kuppe, wird diese vermehrt in dem Lichtfensterbereich angesammelt und dann eine Unterdruck innerhalb der Kugelschale entstehen würde.

Durch die Rotation der Digitalkamera oder die Erzeugung der Fenster-Kuppe, wäre das Blickfeld fast halbsphärisch zu überwachen. Mit einer Soundsteuerung, die mit dem Antrieb-System gekoppelt wäre, könnte die Digitalkamera dann dort automatisch gerichtet werden, woher der Sound oder die Stimme kommt. Für diesen Fall sollte das Mobiltelefon über einem Stereo-Mikrofon oder Richtmikrofon verfügen. Eine elektronische Kopplung der beiden Systeme, also Audio- und optische Erfassungs-Systeme kann das Antriebs-System so gesteuert werden, wodurch die Bewegungen der Digitalkamera automatisiert werden. Auf diese Weise würde die Kamera genau in Richtung der Stimmen/Sound-Quelle für Bildaufnahme/Videoaufnahme ausgerichtet werden.

Der elektromagnetische Antrieb der Kugel-Kamera, ist relativ einfach gebaut. Basis dafür bildet ein Dauermagnet-Körper 13 drinnen in die Kugel-Kamera 1, ein magnetisierter Bereich 15 auf die Kugel-Kamera-Fläche 19 oder ein Dauermagnet-Ring 14, der im Umfang der Kugel-Kamera wie ein Meridian angebracht ist, Hauptsache außerhalb des Blickfeldes der Kugel-Kamera (11). Dieser Dauermagnet (egal ob magnetisierter Bereich, Dauermagnet-Körper, Dauermagnet-Ring) wird durch elektromagnetische Spulen, die in die Wand der Kugelpfanne/Hohlsphäre fest eingebaut sind (können auch komplett außerhalb der Kugelpfanne/Hohlsphäre eingebaut werden), in jede beliebige Richtung gesteuert gedreht. Die Dämpfung der Schwingungen, die beim schnellen Bremsung der Kugel-Kamera in einer Position entstehen, werden passiv durch die umgebende Flüssigkeit 34 oder aktiv gezielt durch schwächere Magnetimpulse, die den Schwingungen Entgegenwirken, gedämpft. Eine Dämpfung kann auch durch das Kurzschließen (natürlich elektronisch durch die Steuerung) der stromlosen Elektromagnet-Spulen erfolgen. Nach Lorenz-Gesetz, werden die Schwingungen des Dauermagnets in die Spulen elektromagnetische Induktionen verursachen, was zu Erzeugung von sehr kleinen Strömen und Spannungen führt. Schließt man die Spulen kurz, werden diese Ströme eine Bremskraft auf dem Dauermagneten ausüben, somit die Schwingungen schnell gedämpft. Für die Dämpfung der Schwingungen, können sehr effektiv auch andere Methoden verwendet werden. Z. B. an die Außenwand der Kugel-Kamera oder Innenwand der Hohlsphäre kann man kleine Borsten 63 oder kleine, leichte Schwamm-Körper 30 oder Schwamm-Beschichtung einbauen, die dann mit der Hohlsphären-Wand leicht berühren und die Kugel-Kamera sofort bei fehlendem Drehmoment stoppen. Bei Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Öls mit etwas höherer Viskosität wird eine passive Schwingungs-Dämpfung sehr schnell erreicht.

Die Kugel-Kamera kann ein bewegliches Objekt, nachdem das optisch erfasst wurde, gut verfolgen, bis das Blickfeld zu Ende ist bzw. die Bewegungsfreiheit innerhalb der Bewegungswinkel ausgeschöpft wird. Das wird allerdings softwaremässig unterstützt (ähnlich wie bei heutigen Mobiltelefone, wobei das Gesicht einer Person, sobald erfasst ist, markiert und verfolgt wird). Oft in solchen Fälle werden die Autofokus-Einstellungen stets auf das Gesicht der Zielperson nahjustiert, sodass ein klares Bild davon aufgenommen wird.

Die drehbare Kugel-Kamera 1 kann mit einer Rück-Stellfeder 26 oder einem zusätzlichen Ruhe-Position-Dauermagnet, der einen Ferromagnet-Bereich oder Ferromagnet-Körper (vorzugsweise Eisen oder Nickel) in einer Ruhe-Position anzieht, ausgestattet werden (12). Die Rück-Stell-Feder oder der Ruhe-Position-Dauermagnet 48 sorgen dafür, dass bei elektromagnetischer Drehung der Kugel-Kamera, eine bestimmte Magnetfeld-Kraft die Kugel bis zu einer bestimmten Position dreht. Vorteilhaft ist die Verwendung von Dauermagneten statt der Rückstellfeder, weil der Dauermagnet berührungslos seine Wirkung entfaltet und die Drehung nicht weiter behindert. Verstärkt man das Magnetfeld der Elektromagnetischen Spule, wird die Kamera noch weiter gedreht, bis die Magnetfeldkraft und die Rückstellfederkraft ausgeglichen sind. Die Drehrichtung kann einfach mit mindestens drei (oder noch besser vier davon) Elektromagnet-Spulen realisiert werden, die in Dreieck-Formation angeordnet sind. Anstatt eines Dauermagnets in die Kugel-Kamera (Kugel-Kamera), kann man lediglich mit einem kleinen Ferromagnet-Körper 16 die Drehung realisieren, der in einer Stelle in die Kugel-Kamera eingebaut ist. Dieser Ferromagnet-Körper wird durch die drei versetzte Elektromagnet-Spulen 10 angezogen und das in die Richtung, die durch die Magnetkraft der Spulen bestimmt wird. Ist die Spule 1 aktiv, wird die Kamera in die Richtung A gedreht. Wird die Spule 2 aktiviert, dann dreht sich die Digitalkamera in Richtung B. Je nachdem wie stark das Magnetfeld der Spule 2 ist, wird die Kugel-Kamera, mehr oder weniger gedreht. Werden aber z. B. gleichzeitig die Spulen 1 und 3 aktiviert, wird dann die Kamera in eine Zwischenrichtung gedreht, also Richtung C. Je nachdem welche der Spulen stärker ist, bzw. mit mehr Strom versorgt wird, wird dann die Drehung mehr in die Richtung der stärkeren Spule erfolgen. Somit auch die Kamera in jede beliebige Richtung gedreht (13).

Der Elektromagnetische Antrieb ist ziemlich einfach zu realisieren und kann mit relativ wenig Strom und niedrigen Spannung arbeiten, was dem Akku zugute kommt. Die Frequenz der Schwingungen kann sehr hoch sein und mehrere Hz oder sogar einige KHz betragen.

In der 15 ist die Variante mit Elektromagnet-Spulen dargestellt, wobei die Kugel-Kamera 1 in eine Kardanaufhängung 22 oder Teilkardanaufhängung 23 eingebaut ist. Der Bildsensor 2 und seine Optik-Elemente 5 sind idealerweise in einem Kugelgehäuse angebracht, die beweglich in einer hohlsphärischen Kammer 8 angebracht ist, die durchsichtig ist, bzw. einen oder mehrere Blicklichtfenster 9 aufweist. Das kugelförmige Gehäuse (Kugel-Kamera/Kugel-Kamera) ist in der durchsichtigen Kugelpfanne/Hohlsphäre platziert. Die Kugel-Kamera ist etwas kleiner als die Hohlsphäre, somit drin frei beweglich. Die Aufnahme-Richtung der Kamera wird durch die Elektromagnetspulen 10 bestimmt, die an die Hohlsphären-Wand eingebaut sind. Die elektrische und Signalübertragung von dem Sensor auf die Auswerte Einheit erfolgt durch eine sehr dünne und extrem flexible Leitung 20, die idealerweise wie eine Feder geformt ist. Wenn man eine längere Leitung verwendet, die fein verflochten ist, und die auch mehr oder weniger wie eine Feder spiralförmig geformt ist, kann eine nahezu vollständige Drehung des Bildsensoren und seiner optischen Elementen ermöglichen. Der Innendurchmesser der Kugelpfanne/Hohlsphäre ist nur wenig größer als die Kugel-Kamera 1, in der der Bildsensor und seine Begleitelemente eingebaut sind. Durch die Magnetfeldwechselwirkung zwischen den Magnet-Feldern der elektromagnetischen Spule 10 in der Hohlsphäre und des Dauermagnets 13 in der drehbaren Kugel-Kamera, kann man eine beliebige Drehung der Kugel-Kamera erreichen. Ebenso die Beleuchtungselemente 53, egal ob diese im Spektrum des sichtbaren Lichts oder im Infrarot-Bereich Strahlung emittieren, können mit der Kugel-Kamera mit bewegt werden. Das ermöglicht eine optimale Beleuchtung, dass die Bewegung des Blickfeldes der Kugel-Kamera verfolgt. Auch ein Blitzlicht, vorzugsweise als Leuchtdiode oder Laserdiode 54 in die Kugel-Kamera eingebaut, kann dafür verwendet werden (5).

Die 18 zeigt eine Variante, die eine Voll-Kardanaufhängung 22 aufweist. Hier ist eine Drehung der Kugel-Kamera in 3D möglich, bzw. alle auf drei Raum-Achsen, obwohl eine vereinfachte Variante auch mit eine Teil-Kardanaufhängung 23 mit nur zwei Drehachsen, gut zu recht käme. Das System mit Elektromagneten kann extrem schnell, absolut lautlos und präzise steuerbar sein. Mobiltelefone, die damit ausgestattet sind, können sehr schnell bewegliche Ziele erfassen und verfolgen. Egal, ob das System für Mobiltelefone, Armband-Uhren, Tablett-PC-s, Laptops, oder andere Geräte eingesetzt wird, es erfüllt alle technischen Anforderungen für die Erfassung von schnell beweglichen Zielen. Das Kamera-Gehäuse kann auch in Zylinderform oder auch anderen Form gebaut werden, wobei diese entweder über Dauermagnet-Felder in einem Magnetfeld-Käfig, oder durch kleine Feder in eine möglichst zentrale Position in die Kapsel gehalten wird. Am Gehäuse ist eine kleine flexible elektrische Mikro-Kabel oder Leitung angebracht, die mit den Kamera-Sensor und seine elektrischen Begleitelemente gekoppelt ist. Diese elektrische Leitung dient auch als Signalleitung und verbindet den Kamerasensor mit der Energie-Versorgung und Signal-Verarbeitungs-Komponenten des Mobiltelefons, dass die Kamera beinhaltet.

Bei einer Variante, die in der 19 dargestellt ist, wird die Kugel-Kamera, in der der Kamera-Sensor und seine Optik angebracht sind, an einer Feder 25 befestigt, wobei seitlich Elektromagnet-Spulen 10 (mindestens drei Stück in 120° Winkel zu einander angeordnet), angebracht sind, die die Kugel-Kamera in beliebige Richtung tangential anziehen können. Durch das Anziehen der Kugel-Kamera 1, wird der Blickwinkel der Kamera geändert und das in der Richtung, wie das Gehäuse gezogen wird. Die Feder 25, an der die Kugel-Kamera befestigt ist, leistet einen kleinen Wiederstand, die durch kleine Elektromagnet-Spulen überwunden wird. Je stärker das Magnet-Feld der dementsprechenden Spule, desto stärker die Neigung der Feder und damit auch die Blinkwinkel-Neigung der Kugel-Kamera. Die Elektromagnet-Spulen werden durch eine elektronische Steuerung gesteuert, die wiederum von einer Software gesteuert wird. Die Stern-Anordnung der drei Spulen ermöglicht eine beliebige Schwenk-Richtung der Kamera-Gehäuse. Noch feiner wird die Schwenkung, wenn mehr als drei Spulen eingebaut werden. Unbedingt erforderlich sind jedoch nicht mehr als drei. Um eine feine Drehung nach hinten zu realisieren kann auch hier die Hohlsphäre dabei nach hinten mit gedreht werden (20) oder diese mit zwei Lichtfenstern ausgestattet werden. Die Drehung der Hohlsphäre 8 kann man mit zwei Fix-Positionen durch nur eine Spule 38 außerhalb der Hohlsphäre und einem Dauermagneten 39 in die Wand der Hohlsphäre bestimmen. Wird die Spule umgepolt, dann dreht sich blitzschnell auch die Kugelpfanne/Hohlsphäre in die andere Richtung, um 180°. Wird die Spule inaktiv, dann behält die Hohlsphäre diese Position, bis eine Umpolung der Spule erfolgt, somit ist eine Dauerstromversorgung der Spule nicht notwendig. In dem Fall wären die Sternförmig angeordneten Elektromagnet-Spulen, die die Kugel-Kamera schwenken, stets in dem hinteren Teil der Halbsphäre angeordnet, und von dort würden sie die Kugel-Kamera in beliebige Richtung schwenken (21). Einfacher ist allerdings die Variante mit zwei Lichtfenstern oder einer komplett aus durchsichtigem Material hergestellten Kugelschale/Kugelpfanne.

Anstatt von Elektromagnetischen-Antrieb kann ein elektrostatischer Antrieb ebenso dafür gut geeignet sein. Dieser Antrieb wäre ähnlich wie die eines Mikro-Spiegel-Elements. Hier sind jedoch hohe Spannungen erforderlich, weil die Kugel-Kamera dann durch Wechselwirkung von elektrostatischen Feldern bewegen würde. Ein Hochspannungswandler 50 und sämtliche Elektroden 49 wären dafür notwendig. Diese Methode wird schon bei DLP Chips (Digital-Light-Processor), bzw. als Antrieb für Mikro-Spiegel erfolgreich verwendet (43). Um die Ausführung wirtschaftlicher zu machen, kann man die Kugel mit elektrostatisch fest Aufgeladene Bereichen 64 herstellen (ähnlich wie bei elektrostatische Folien, die ohne Klebstoff an Fenstern alleine durch dauerhafte elektrostatische Aufladung haften bleiben). Durch die elektrische Feld-Wechselwirkung zwischen dem Wanderfeld der Elektroden 49 und der elektrostatisch permanent aufgeladenen Bereichen 69 in die Kugel, kann eine Drehung der Kugel-Kamera damit realisieren.

Die Kugelform der Kamera-Gehäuse muss zwar nicht unbedingt sein, ist aber optimal in dem Fall. Die Kugel-Kamera kann mit einer Stellfeder 26 ausgestattet werden, die diese in einer Ruhe-Position hält. Die Feder kann eine Spiralfeder sein, die mehrere Windungen aufweist, die eine Drehung der Kugel in jede Richtung erlauben, dennoch eine kleine Federkraft ausüben, die die Kugel zu einer Ausgangposition auszurichten tendiert (19).

Eine andere Option sieht vor, die Kugel mit Hilfe von Dauermagneten, schwebend in die Hohlsphäre zu halten. Allerdings wäre diese Methode ziemlich aufwändig und für kleine Geräte überflüssig.

Die Variante mit der Kardanaufhängung 22 erlaubt sehr präzise Ausführung der Drehung der Kugel-Kamera, anderseits die Variante mit der lose angebrachten Kugel-Kamera oder die mit der eingebauten Spiralfeder 25 ist sehr einfach gebaut und zudem wirtschaftlich total günstig. Hier kann hinten die Kugel-Kamera mit einer anderen Feder verbunden, der die Rolle einer Stellfeder hat und diese stets in die Ausgangsposition ausrichtet. Anstatt dieser Feder kann sehr gut auch ein Dauermagnet, der statisch angebracht ist und ein Ferromagnet 16, oder Bereich aus ferromagnetischem Material, der in oder auf die Kugel-Kamera eingebaut ist, oder einen anderen Dauermagnet, der in die Kugel-Kamera angebracht ist, die anziehend zu einander ausgerichtet sind, oder einem Ferromagnet-Bereich oder einen Ferromagnet-Körper (z. B. Eisen oder Nickel) ausgestattet werden (16). Die Feder oder der Dauermagnet sorgen dafür, dass eine Spannungs-Kraft, die die Kugel in einer bestimmten Position hält, erzeugt wird. Bei elektromagnetischer Drehung der Kugel-Kamera, wird eine Magnetfeld-Kraft die Kugel bis zu einer bestimmten Position drehen. Verstärkt man das Magnetfeld der Elektromagnetischen Spule, wird die Kamera noch weiter gedreht, bis die Magnetfeldkraft und die Rückstellfederkraft ausgeglichen sind. Die Drehrichtung kann einfach mit nur drei Elektromagnet-Spulen realisiert werden, die in Dreieck-Formation im hinteren Halbsphären-Bereich angeordnet sind. Ein kleiner Ferromagnet-Körper 16, der in eine Stelle in die Kugel-Kamera 1 eingebaut ist, wird durch diese drei versetzte Spulen angezogen und das in die Richtung, die durch die Magnetkraft der Spulen bestimmt wird. Ist die Spule 1 aktiv, wird die Kamera in die Richtung A gedreht (17). Wird die Spule 2 aktiviert, dann dreht sich die Kamera in Richtung B. Je nachdem wie stark das Magnetfeld der Spule 2 ist, wird die Kamerakugel, mehr oder weniger gedreht. Werden aber z. B. gleichzeitig die Spulen 1 und 3 aktiviert, wird dann die Kamera in eine Zwischenrichtung gedreht, also Richtung C (17). Je nachdem welche der Spulen ein stärkeres Magnetfeld erzeugt, bzw. mit mehr Strom versorgt wird, wird dann die Drehung weitgehend in die Richtung der stärkeren Spule erfolgen. Somit auch die Kamera in jede beliebige Richtung gedreht. Eine Dämpfung der Schwingungen der Kugel-Kamera kann man elektronisch durch die Steuerung der Spulen erreichen, wobei mehrere hunderte oder sogar tausende Male pro Sekunde, kleine Impulse an den Spulen weiter gegeben werden, mit dem Ziel die Schwingungen der Kugel-Kamera schnell zu dämpfen, bzw. die Weiterdrehung oder Schwingung zu bremsen. Die Erfassung der Schwingungen kann mit Hilfe von einer Zusatzsteuerung, die mit den Spulen gekoppelt ist, oder direkt über die Spulensteuerung erreichen. Die winzige Spulen-Induktion Schwankungen deuten daraufhin, dass die Kugel-Kamera schwingt. Eine digitale Erfassung solche Induktions-Schwankungen, ergibt in Echtzeit die Schwingungen der Kugel-Kamera wieder. Eine Gegensteuerung mit kleinen Strom-Impulsen kann diese Schwingungen blitzschnell dämpfen und die Kugel-Kamera zu Ruhe bringen. Sowohl für die Erfassung, als auch Gegensteuerung können die gleichen Elektromagnet-Spulen verwendet werden, oder auch getrennte Spulen (in dem Fall wären dann mindestens sechs Spulen notwendig). Wenn getrennte Spulen verwendet werden sollen, dann können die Erfassungs-Spulen die Rolle von Induktions-Schwankungen Sensor-Spulen übernehmen.

Über die Steuerung kann ein kleiner Stromimpuls an den Elektromagnet-Spulen abgegeben werden, der die Kugel-Kamera zu einer Standard-Position schwenkt, nachdem eine Schwenkung absolviert worden ist und diese zurück drehen sollte. Diese Standard-Position kann so sein, dass die optische Achse der Kugel-Kamera gerade wie bei herkömmlichen Telefonen ohne beweglicher Kamera, präzise nach hinten gerichtet ist.

Eine ultradünne und extrem flexible Leitung verbindet den Sensor mit der Elektronik und Steuerung des Hauptgeräts, in dem die Kamera eingebaut ist. Die Leitung soll nicht zu knapp bemessen sein, weil wenn die Kugel sich weiter dreht, die Länge reichen müsste, um diese nicht am Drehen zu hindern. Am besten ist es, wenn die Leitung wie eine Spiralfeder geformt ist und seitlich mit der Kugel-Kamera befestigt ist. Die Öffnungen der Hohlsphäre 8, bzw. die Sichtfenstern 9 sind groß genug, um den Sichtwinkel des Kamera-Sensors 2 auch bei Drehung nicht zu beschränken.

Das System ist in der Lage den Kamerasensor so schnell in Echtzeit die Kugel-Kamera zu bewegen, sodass eine Verfolgung von schnell bewegenden Zielen, oder auch ein optischer Ausgleich für die Störbewegungen des Filmers möglich ist. Daher ist das System auch perfekt als Bildstabilisator-System geeignet. Denkbar ist auch als Ersatz für die Steady-Cam geeignet, weil viel kleiner gebaut und leichter ist. Das System braucht nicht unbedingt außerhalb nochmal eine Kardanische-Aufhängung/Gimbal oder Gyroscheiben. Gyrosensoren oder Erschütterungssensoren und eine Auswerteinheit dafür können die Stabilisierung ergänzen. Man kann eine kleine Schwungscheibe oder Schwungring in der Kugel-Kamera einbauen, der eine perfekte Stabilisierung ermöglichen würde. Vor allem wären die Bauteile viel kleiner, und würden kaum stören. Auch wäre sie weitgehend wartungsfrei.

In der 22 ist eine einfache Darstellung des Prinzips, wobei das System wie folgt aufgebaut ist: die Kugel-Kamera (Bildsensor-Gehäuse und deren Optik) ist mit einen sehr kleinen ferromagnetischen Körper 16 ausgestattet (z. B. Eisen, Nickel, oder eine magnetisch anziehbare Legierung), der auf der optischen Achse 55 auf der Rückseite eingebaut ist. Auf der Hohlsphäre 8 sind mindestens drei kleine Elektromagnet-Spulen 10 eingebaut, die in die Wand der Hohlsphäre 18 integriert sind, oder außerhalb der Sphäre eingebaut sind (weil wenn diese innen wären, dann sie die freie Drehbewegung der Sensor-Kugel hindern würden). Die Anordnung der Spulen ist auch hier sternförmig. Deren Aufgabe ist es, ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Anziehungskraft auf einem Punkt (künftig als schwarzer Punkt hier gekennzeichnet) in dem der ferromagnetische Teil (z. B. kleiner Stück Eisen) auf der Sensor-Kugel sich befindet, auszuüben. Je nachdem welche der Spulen aktiviert wird, wird so die Drehung der Kugel erfolgen. Es reichen in der Regel nur drei Spulen aus, um alle Drehrichtungen zu bewirken. In dem Fall wären drei Hauptrichtungen, bei der Aktivierung der einzelnen Spulen machbar, aber unzählig viele Dreh-Richtungen, durch die Kombination aller drei Spulen. Die Spulen sind nicht nur ein und aus zu schalten, sondern deren Magnetfeld wird elektronisch stufenweise oder stufenlos gesteuert, sodass ein Wander-Magnetfeld entsteht, das die Kugel-Kamera gesteuert dreht. Wenn die Spulen 1 und 2 kurzzeitig aktiviert werden, dann wird der schwarze Punkt so angezogen, dass er annähernd in eine Verbindungslinie zwischen den beiden Spulen kommt. Wird die Spule 3 aktiviert, dann bewegt sich der schwarze Punkt dorthin. Auf der Gegenseite der Kugel-Kamera dreht sich gleichzeitig die optische Achse mit und auch der Erfassungsbereich der Kamera.

Die 23 zeigt eine Variante, wobei anstatt des Ferromagneten, ein Dauermagnet 13 in die Kugel-Kamera 1 eingebaut ist. Hier richtet sich der Dauermagnet nach der Magnetfeldlinien 17 der aktiven Spulen 10 und dreht somit die Kugel-Kamera 1, je nachdem welche der Spulen aktiv ist. Die 24 zeigt eine Variante, wobei viele Spulen in die Hohlsphärenwand/Kugelschalenwand 18 eingebaut sind, die einzeln oder gruppenweise aktivierbar sind. Bei Einzel-Aktivierung richtet sich der Dauermagnet 13, der in die Kugel-Kamera 1 eingebaut ist, nach der Magnetfeldlinien 17 der aktiven Spule und somit dreht die Kamera in die Richtung. Weil die Bewegung der Kugel-Kamera ausreichend in zwei Achsen ist, kann eine Teil-Kardanaufhängung 23 mit minimalen Teilen eingebaut werden. Somit wäre nur ein viertelkreisförmiger Arm 56 ausreichend, der zwei Gelenk-Punkte 24 aufweist, die Kugel-Kamera 1 zu halten und ihre Bewegungsfreiheit in zwei Achsen zu gewährleisten. Dadurch wird nicht die Sicht der Kamera behindert.

In der 25 ist eine Variante dargestellt worden, bei der anstatt des Dauermagnets, eine ferromagnetische (Eisen, Nickel, etc.) Beschichtung in einem kleinen Bereich vorhanden ist, der auf die Kugel-Kamera eingebaut ist. Der Ferromagnetische Bereich 57 kann in Form einer dünnen Beschichtung auf die Kugel-Kamera aufgetragen werden. Der Drehmoment, bzw. die Kräfte, die notwendig sind, um die Kugel zu drehen, sind sehr schwach. Für die Vorrichtung in einem Smartphone braucht man lediglich eine Leistung von ca. 2–6 mW auf die Spule, um die Kugel-Kamera schnell hin und her drehen. Durch die Magnet-Feld-Wanderung, der gesteuert über eine Steuereinheit, auf der Elektromagnet-Spulen entsteht, wird eine sanfte und präzise Bewegung/Drehung der Kugel-Kamera erreicht.

In der 26 ist die Kugel-Kamera dargestellt, die mit Hilfe von Elektromagnet-Spulen 10 in eine beliebige Richtung gedreht wird. Sie weist einen Magnetring 14, einen Magneten drinnen oder einen magnetisierten Bereich auf. Je mehr und kleinere Elektromagneten außen eingebaut sind, desto präziser die Drehung der Kugel erfolgt. Durch eine koordinierte Magnetfeld-Intensität Steuerung der Spulen, kann man theoretisch mit drei oder mehr Spulen, die Kugel in jede Richtung bewegen. Feine Borsten 63, die entweder mit der Hohlsphärenwand fest gekoppelt sind mit freien Enden berührend an die Außenwand der Kugel-Kamera oder umgekehrt, fest mit der Außenwand der Kugel-Kamera gekoppelt und mit freien Enden an die Wand der Hohl-Sphäre berührend, halten den Abstand zwischen der Kugel-Kamera und der Kugelpfanne/Hohlsphäre konstant und stören dabei die Drehung der Kugel nicht. Die 27 zeigt eine Variante, die in einem Smartphone 29 (Mobiltelefon mit PC-Eigenschaften) eingebaut ist. Die Mobiltelefon-Kamera (z. B. I-Phone- oder Smartphone-Kamera), kann so eingebaut, dass sie innen drin drehbar ist und sowohl für Rückaufnahmen als auch für Frontaufnahmen geeignet ist. Weil die Kamera nur von innen sich bewegt, sieht das Mobiltelefon auch ästhetisch sehr gut aus. Die Kamera ist auch hier in Form einer Kugel in eine Hohlsphäre eingebaut, ähnlich wie das menschliche Auge in einem Hohlraum platziert, der zumindest in einem Bereich durchsichtig ist und die Kamera durch einen Elektromagneten 10 drehbar ist. Die Drehung erfolgt in einer oder mehreren Achsen. Multi-Achsendrehung kann auch hier durch loses Platzieren in die Hohlsphäre, eine Kardan-Aufhängung 22, eine Spiralfeder 25, oder durch einen berührungslosen Magnetfeld-Käfig realisiert werden. Die Stromsignalabnahme erfolgt durch eine flexible Leitung 20 oder durch kleine Elektromagneten auch berührungslos.

Man kann in einem Smartphone eine stark vereinfachte Mini-Kardanaufhängung einbauen in dem die Kugel-Kamera befestigt ist und dadurch in jede Richtung in drei Achsen schwenkbar ist (39). Face oder Person Tracking kann damit leicht realisiert werden, weil die Kamera das Gesicht durch ihre Drehung verfolgen könnte. Um auch nach hinten Aufnahmen zu machen, sollte das Smartphone dann aber an der Stelle eine durchgehendes Loch/Bohrung bzw. Tunnel aufweisen, in der die Kamera eingebaut ist, sodass wenn die Kamera nach hinten oder nach vorne gerichtet ist, freie Sicht hat.

Die Hohlsphäre, die das Käfig-Gehäuse für die Kugel-Kamera in einem Smartphone bildet, ist nur bisschen größer als die Kugel-Kamera selbst und weist mehrere elektromagnetische Spulen auf. Durch die Magnetfeldwechselwirkung zwischen den Feldern der elektromagnetischen Spulen des Gehäuses und Dauermagneten der Kugel-Kamera, wird eine präzise gesteuert Schwenkung erreichen. Sicher kann man statt des Dauermagneten, auch in die Kugel-Kamera Elektromagnet-Spulen einbauen, allerdings müsste man dann auch die Stromversorgung dieser Spule gewährleisten, was zwar durch flexible Leitungen realisierbar wäre, allerdings wäre der Aufwand unnötig, weil ein Dauermagnet seine Aufgabe sehr gut erledigen würde. Mithilfe von Dauermagneten, die sehr klein und ausgeklügelt in oder auf der Kugel-Kamera-Oberfläche integriert sind, kann man die Kugel in die Hohlsphäre schweben lassen und eine berührungslose Drehung gesteuert durch die elektromagnetischen Spulen, relativ einfach erreichen. Ebenso die Beleuchtungselemente 53, egal ob diese im sichtbaren Licht Spektren oder im Infrarot Bereich liegen, können in die Kugel-Kamera integriert werden und mit den Bildsensoren und seine Optik bewegt. Das ermöglicht eine optimale Beleuchtung, dass die Bewegung der Bildsensoren verfolgt. Auch ein Blitzlicht, in dem Fall wegen der kleinen Größe des Bildsensoren, vorzugsweise als Leuchtdioden oder Laserdioden 54 eingebaut, kann dafür verwendet wird (5 oder 15). Bei der Verwendung von Laserdioden, weil diese monochromatisches Licht abgeben, sollen mindestens drei Laserdioden verwendet werden, die jeweils in einer der Lichtgrundfarben (rot, grün, blau) einen Laserstrahl abgeben. Die Kombination der drei Lichtfarben, gibt ein gemeinsames Lichtstrahl, das annähernd wie weisses Licht erscheint. Für Nachtaufnahmen kann zusätzlich auch eine IR-Laserdiode eingebaut werden.

Der Antrieb für die Kamera von einem Smartphone (allgemein Mobil-Telefone), kann so konzipiert werden, dass sie stufenweise oder komplett von vorne nach hinten elektrisch gesteuert gedreht werden kann und das absolut Geräuschlos, berührungslos und blitzschnell. Eine Blitzschnelle Drehung von hinten nach vorne und umgekehrt kann so schnell durchgeführt werden, dass man von beiden Seiten gleichzeitig Bilder aufnehmen bzw. Videos aufnehmen kann. Es reicht wenn die Richtungswechsel ca. 50 mal pro Sekunde erfolgt, dann kann der elektronische Verschluss die Videoaufnahme-Signale 25 mal von hinten und 25 mal von vorne aufnehmen und damit pro Sekunde 25 komplette Bilder von einer Seite und genauso viel aus der anderen Seite des Mobiltelefons aufnehmen. Auch schnelle Panoramabilder oder 360° Bilder/Videos wären mit dieser Vorrichtung leicht realisierbar. Die horizontale Schwenkung der Kamera wäre genauso schnell wie der Vertikale. Die Kugel-Kamera ist ja drin beweglich (egal ob auf eine Kardanaufhängung oder nicht) und kann somit in beliebige Richtung geschwenkt werden. Die Kugel-Kamerakann mit einem Magnetformation oder einem oder mehrere Multipol-Magnetringe ausgestattet werden, wobei die Spulen durch Magnet-Wanderfeld schritt für schritt eine Bewegung der Kamera bewirken.

Mit dementsprechenden Software oder App (Anwendung, Software Applikation) kann man schnelle Bilder von unterschiedlichen Perspektiven machen. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Kugel-Kamera bewegt, kann niedrig, aber auch extrem hoch sein. Damit ist auch die Verfolgung der schnell bewegenden Ziele erreichbar. Auch die Bremsung der Kugel-Kamera erfolg recht schnell (kann automatisch durch Auslöse-Knopf eingeleitet werden), sodass kristallklare Einzelbild-Aufnahmen möglich sind. Für eine 3D-Bilderfassung sind zwei solche Kameras und Systeme notwendig, die am besten in einem Abstand von aneinander gebaut sind (28). Die Drehung kann von einer einzigen Steuerung erfolgen und sollte natürlich synchron verlaufen, insbesondere bei 3D Videoaufnahmen. Über eine App sollte der Antrieb auch für andere Funktionen gesteuert werden, wie z. B. Face-Tracking, Überwachung, Bildstabilisation etc.

Bei alle Varianten, wird die Kamera wird wie ein Auge eines Menschen in einer Kugelpfanne/Hohlsphäre eingebaut werden und auch mit einem Verfolgungs-Mechanismus ausgestattet werden, die über eine Software gesteuert wird, die erfasste Person oder Gesicht dann automatisch verfolgt. Die Kamera kann so konzipiert werden, dass sie leicht aus dem Mobiltelefon elektromagnetisch oder elektrisch angehoben wird, sodass sie ein bisschen herausschaut wenn das Gerät irgendwo liegen bleibt (29). Die Abdeck-Linse oder Kuppe oder ein durchsichtiger Hohlzylinder 58, in dem die Kamera sich befindet, kann in diesem Fall leicht herausgefahren werden. Ideal wäre ein durchsichtiger Hohlzylinder mit kuppen förmigen Enden. Der könnte mit einem ferromagnetischen Ring 59 in der Mitte ausgestattet werden, der durch eine außen statisch angebrachten Elektromagnetspule angezogen wird, wobei der Zylinder 58, je nachdem wie das Mobiltelefon liegt, angehoben wird, bzw. die Kamera nach vorne oder nach hinten herausfährt. Statt des ferromagnetischen Ringes, kann auch ein Dauermagnet oder Dauermagnetring 14 eingebaut, der sich dann so bewegt, je nachdem wie die Elektromagnetspule 38 gepolt ist. Auch die kuppen-förmigen Enden, sind natürlich durchsichtig und bilden je ein Fenster, durch die der Kamerasensor „herausschauen” kann. Durch die Kuppe und der Flüssigkeit 34 drin zwischen der Kugel-Kamera und der Kugelschale entstehen zwar leichte Verzerrungen der Bilder, die aber berechenbar sind und Softwaremässig problemlos korrigierbar sind. Auch der Einsatz einer Korrekturlinse in das optische System des Bildsensors kann solche Verzerrung aufheben oder zumindest mindern.

Die 30 zeigt eine Variante, die mit einem Schall-Quelle-Erfassungs-System ausgestattet ist. Hier wird ein Richtmikrofon oder ein Stereo-Mikrofon 60 benutzt, um die Schall-Quelle zu lokalisieren. Sobald das geschehen ist, wird über eine Steuerung, das Antriebs-System so gesteuert, dass die Kamera direkt dort gerichtet, wo auch die Schallquelle sich befindet (die Kamera „schaut in Richtung der Schallquelle an”). Das wäre praktisch, wenn man Videos aufnimmt und die aufgenommene Person auch spricht. Die Kamera würde in dem Fall die Schallquelle automatisch verfolgen.

Die Verfolgung von schnellen Objekten kann durch die Software des Mobiltelefons unterstützt werden. Auf dem Bildschirm des Mobiltelefons kann man per Finger-Touch ein Objekt markieren und das würde dann die Kamera automatisch stets verfolgen, egal wie es sich bewegt oder wie das Mobiltelefon gehalten wird. Allerdings die Hauptaufgabe erledigt das Antriebs-System, das die berührungslose, schnelle Drehung des Bildsensors ermöglicht.

Bei Bildaufnahmen oder Videoaufnahmen mit herkömmlichen Mobiltelefone (Smartphone), merkt man, dass die Objekte, die sich am Rande befinden, oft leicht verzerrt sind. Das kommt davon, weil der Bildsensor flach gebaut ist und die Optik-Korrektur-Elemente, die das Problem beheben könnten, kaum Platz in einem Smartphone finden. Der Bildsensor sollte nicht unbedingt flach sein, sondern er kann leicht konkav 46 gebaut werden, um die Retina des menschlichen Auges besser nachzuahmen. In dem Fall wären auch kaum mehr Verzerrungen des Bildmotivs wahrnehmbar (31). Für das Herstellungs-Verfahren von solche Bildsensoren kann eine kuppen förmige Mikro-Matte aus Plastik 47, die mit einem Memory-Effekt versehen ist, sehr gut verwendet werden. Sobald die Dotierung abgeschlossen ist, und die physikalische Festigkeit des Sensors erreicht ist, wird das kuppen-förmiges Plastikteil, sich wieder flach biegen und so von dem Sensor ablösen (45).

Auf der 32 ist eine Variante dargestellt worden, wobei das Stoppen der Kugel-Kamera in einer bestimmten Position über einen elektromagnetisch herausfahrbaren Stift 61 erfolgt. Die schnelle Zielverfolgung erfolgt über Elektromagnetischen Antrieb. Sobald die gewünschte Position der Kugel erreicht ist, muss diese dann auch in der Position gestoppt und so gehalten werden. Das Stoppen erfolgt ebenso elektromagnetisch, es kann entweder durch einen kleinen Stift, der elektromagnetisch aus der Hohl-Sphärenwand in Richtung der Kugel-Kamera herausgefahren wird und diese dann berührt. Die Bremsung der Kugel-Kamera kann durch die Betätigung des Auslöseknopfes oder Berührung eines Touch-Screen-Bereichs, der für Foto- oder Videoaufnahmen vorgesehen ist, gesteuert werden.

Als zuverlässig erweisen sich auch kleine elektrisch bremsbare Kugellager, die aus Dauermagnet-Mikro-Kugeln 42 bestehen, die zwischen dem Hohl-Sphären-Gehäuse und dem Kugel-Kamera-Gehäuse sich befinden (34). Die Mikro-Kugeln 42 rollen ungehindert weiter, bis diese elektromagnetisch von einer Spule 43 angezogen bzw. angeordnet werden und somit durch die Erhöhung der Reibungskraft gestoppt. Die Kugeln können aus einem ferromagnetischem Material hergestellt werden, z. B. aus Eisen oder Nickellegierungen, oder aber noch besser ist, sie bestehen aus Dauermagneten (34). Solange die darunter sich befindliche Elektromagnetspule inaktiv ist, drehen diese Kügelchen nahezu reibungslos und ungehindert weiter. Die Kügelchen, die magnetisiert sind oder aus Dauermagneten bestehen, haben den Vorteil, dass durch die Magnetfeld-Wechselwirkung mit der statisch angebrachten Spulen auf die Hohlsphärenwand sehr schnell gestoppt werden können, weil die Magnet-Bereiche eine bestimmte Orientierung auf die Elektromagnet-Spulen Felder einnehmen. Die Kugeln können auch mehrere Magnetpole haben, z. B. 4, 6, 8, oder mehr. Die Mikro-Kugel wird ungehindert weiter rollen, bis diese elektromagnetisch angezogen bzw. angeordnet werden. Die Mikro-Kugeln, die aus einem Dauermagneten bestehen sind leicht zu steuern. Sobald die Steuer-Spule aktiviert wird, nehmen diese eine magnetische Anordnung anhand der Magnetfeldlinien der Steuer-Spule, die direkt unter denen sich befindet und stoppen sich automatisch. Die Steuer-Spule kann einen ferromagnetischen Kern 44 mit einer kleinen Spitze haben, in der das Magnetfeld konzentriert aufgebaut wird. Sobald die elektromagnetische Steuer-Spule aktiviert wird, dann wird das die Bewegung der Mikro-Kugel beeinflussen und diese am Weiter-Drehen verhindern. Somit wird auch die Kugel-Kamera am Drehen gehindert. Die Bremsung erfolgt über extrem kurze Strom-Impulse an den Brems-Spulen. Die Steuerung kann allerdings die Brems-Spulen auch für längere Zeit oder dauerhaft mit Strom versorgen, wenn eine starre Positionierung der drehbaren Kugel-Kamera erwünscht ist. Zu erwähnen ist, dass nicht alle Kügelchen 42 aus Dauermagneten bestehe müssen. Es reicht voll aus, wenn eine oder zwei Kügelchen elektromagnetisch gesteuert bremsbar sind, die anderen können einfache inaktive Plastik-Kügelchen sein, die eine Art Lager bilden, in denen die Kugel-Kamera leichtläufig gleitet. Die Variante mit den Kügelchen bzw. Kugel-Lager erlaubt den Einbau von einer Kugelschale, die grösser als die Kugel-Kamera ist, weil die Kugel-Kamera dann durch die kleinen Kügelchen stets zentriert in die Kugelschale bleibt.

Die 38 zeigt Beispiele für den Einsatz dieses Kamera-Antriebs-Systems auch in anderen Geräten, wie z. B. Armbanduhr, Fahrzeug, Drohnen, Datenbrille, TV-Gerät, etc.

Ausser elektrische Methoden, kann auch ein einfacher mechanischer Schalter 45 (35) eine Bremsung der Drehbewegung der Kugel-Kamera bewerkstelligen. Auf jeden Fall, wäre die Kugel-Kamera Drehung somit nicht nur elektronisch, sondern auch manuell steuerbar. Die Kugel-Kamera muss nicht unbedingt komplett drehen, sondern es reicht für viele Anwendungen, nur eine leichte Schwenkung in zwei Achsen (zweidimensionale Bewegung – hoch, runter, rechts, links und damit auch jede beliebige Kombination zwischen diese vier Richtungen), die auf viele Wege erreicht werden kann.

Die Variante, die in der 36 (a – seitlich, b – Draufsicht) dargestellt ist, zeigt eine Kugel-Kamera, wobei mehrere einzeln oder gruppenweise steuerbare Elektromagnet-Spulen sehr schmal und ringförmig gebaut, die Hohlsphäre umfassen und mehrfach eingebaut sind, wobei diese ähnliche wie Erd-Meridianen angeordnet sind, im Sichtfeld der Kugel-Kamera aber fehlend. Die Elektromagnetspulen überschneiden sich mindestens an zwei Punkten. Die imaginäre Linie, die diese beiden Punkte verbindet bildet die Drehachse der Kugel-Kamera. Um eine weitere Drehachse zu realisieren, um die, die Kugel-Kamera sich drehen soll, muss noch eine weitere Gruppe von Elektromagnetspulen eingebaut, die um 90° versetzt sind und ebenso eine Meridian-Anordnung bilden. Somit sind die Elektromagnetspulen in mindestens zwei Gruppen jeweils in zwei Meridian-Anordnungen vorhanden, wobei eine Meridian-Anordnung in einer vertikalen Achse und die andere in einer horizontalen Achse gestaltet sind. Die Spulen sind sehr schmal und einzeln oder gruppenweise aktivierbar. Je nachdem welche der Spulen aktiv ist, wird die Kugel-Kamera, die einen Dauermagnet drin hat, auf deren Magnetfeldlinien sich ausrichten. Um eine sanfte und präzise Drehung der Kugel-Kamera zu erreichen, wird durch eine Aktivierung und Deaktivierung der Spulen in einer Reihenfolge, ein Wander- bzw. Dreh-Magnetfeld erzeugt, der die Kugel-Kamera dreht. Die Elektromagnetspulen sind so angeordnet, dass sie stufenweise gekippt auf der horizontalen Achse und geschwenkt auf der vertikalen Achse eingebaut sind, wobei die Spulen der jeweiligen Gruppen an je mindestens zwei Punkte sich berühren. Diese Anordnung 12 kann vorteilhaft sein, um die Kugel-Kamera in eine beliebige Richtung präzise zu drehen. Die Schwenkung oder Drehung kann stufenweise durch Einzel-Spulen-Aktivierung erfolgen, oder auch stufenlos, wenn mehrere Spulen aktiviert werden, wobei in einer Reihenfolge die am Anfang befindliche Spule zuerst mit voller Stärke ein Magnetfeld bildet und dann das Magnetfeld auf die zweite Spule sanft aufgebaut wird während auf der ersten schwächer wird und so weiter. Durch eine Dreh-Magnetfeld-Erzeugung (ähnlich wie bei Elektromotoren mit rotierendem Magnetfeld, bzw. Drehfeld-Technologie), wandert praktisch das Magnetfeld, bzw. dreht sich und damit auch die Kugel-Kamera.

Die Varianten, die in einem Smartphone 29 eingebaut sind, können so konzipiert werden, dass die Kugel-Kamera 1 zusätzlich in der optischen Achse 55 rotierbar ist. Diese Variante ist interessant, weil egal wie gerade oder schräg man das Smartphone beim Fotografieren hält, stets gute gerade Bilder entstehen, wenn diese Funktion aktiviert ist. Im Videomodus wird die Kugel-Kamera so gedreht, dass die Aufnahmen perfekt waagerecht entstehen, sodass man keine Fehler mehr mit der unterschiedlichen Haltungen der Smartphone bei Video- oder Bildaufnahmen macht. Für die Drehung kann eine einfache Schwerpunkt-Verlagerung nach unten oder ein kleines elektrisch bewegbares oder kippbares Gewicht 62 (kann auch ein kleine Dauermagnet sein) dienen, das direkt drin in die Kugel-Kamera eingebaut ist, das die Kugel-Kamera stets so ausrichtet, dass die Bilder perfekt in vertikaler Lage aufgenommen werden. Wenn man Videos aufnehmen möchte, sobald im Videomodus eingeschaltet wird, wird der Gewichts-Körper elektrisch um die optischen Achse um 90° gedreht und dann kann man Videoaufnahmen machen wobei die Videoaufnahmen stets im horizontalen Lage erfolgen, auch beim Drehen des Smartphones in beliebige Richtung. Für die Schwenkung des Gewichts-Körpers (bzw. des Dauermagneten) 62 sind eine oder mehrere Elektromagneten 67 notwendig, die diesmal auch in die Kugel-Kamera drin eingebaut sind. Durch die Umpolung der Elektromagneten, kann das Gewicht 62 um 90° in eine oder andere Richtung bewegt werden (37 und 45). Der Elektromagnet weist einen Ferrit- oder Eisenkern 68 auf, an dem der Gewichtskörper 62 haftet, wenn er diesen berührt, auch wenn die Spule abgeschaltet wird. Erst bei einer Umpolung der Spule und deren Aktivierung wird der Dauermagnet abgestoßen und auf der anderen Richtung geschwenkt. Dort haftet er dann wieder, bis eine erneute Umpolung der Spule stattfindet. Man kann einen einzigen Elektromagnet einbauen, dessen Enden U-Förmig gebaut sind und dazwischen der Dauermagnet hin und her pendelt, je nachdem wie die Spule die Magnetpole in dem Kern anordnet.

39 zeigt eine Variante, wobei die Spulen sehr klein sind und mit Dotierungs-Verfahren oder Verätzungs-Verfahren (z. B. chemisch oder durch das Licht) hergestellt sind. Hier auf der Skizze ist die Kugelkamera aus der Kugelpfanne/Hohlsphäre für eine bessere Ansicht herausgenommen worden. Diese Spulen 11 sind sehr klein, total flach, weil sie aus sehr dünnen Leitungen bestehen und haben eine Spiralform. Dafür sind sie aber in eine sehr große Anzahl vorhanden. Damit kann man ein fast punktuelles Magnetfeld erzeugen, dass die Kugel-Kamera dann auch in Drehbewegung versetzt. Ein kleiner Punkt hinten auf der optischen Achse an die Kugel-Kamera, der ferromagnetische Eigenschaften hat, kann dafür perfekt dienen. Dieses kleine Teil wird von Spule zu Spule angezogen, bis die gewünschte Position der Kugel-Kamera erreicht worden ist. Das Magnet-Wanderfeld wird durch die Steuerung 21 erzeugt, der das Magnet-Feld von Spule zu Spule durch Stromsteuerung ab und aufbaut.

Die 40 zeigt ein Smartphone 29, bei dem die Kugel-Kamera 1 am Rand oder noch besser am Eck eingebaut ist, wobei eine Drehung von vorne nach hinten eine über 180° Bild-Aufnahme ermöglicht. Der Erfassungswinkel kann über 320° betragen, wenn man bedenkt, dass die Kamera auch schräg nach unten, sowohl vorne, als auch hinten, gerichtet werden kann (wenn man z. B. das Smartphone senkrecht hält). Die Platzierung am Eck ermöglicht eine einwandfreie Drehung und stets eine freie Sicht zu dem Bildsensor der Kamera. In der 41 ist eine Variante mit Piezoelementen 51 dargestellt worden. Hier werden die Schwingungen der Piezoelementen als Antriebskraft für die Rotation der Kugel-Kamera 1 verwendet. Sie sind tangential schwingend zu der Kugel-Kamera angeordnet in die Kugelpfanne/Hohlsphäre fest eingebaut und berühren leicht die Kugel-Kamera, oder sind so nah an die Kamera angebracht, dass alleine durch den erzeugten Luftdruck durch Schwingungen, eine Drehung der Kugel-Kamera berührungslos erfolgt. Selbstverständlich, bei der Variante, wobei die Piezoelemente die Kugel berühren sollen, sind diese mit einer weichen Schutzhülle 32 umhüllt (z. B. aus Gummi), oder zumindest an der Stelle geschützt, die die Kugel-Kamera berührt. Die Piezoelemente sind in verschiedene Richtungen so angeordnet, dass durch ihre Schwingungen, je nachdem welche von denen aktiv ist, die Kugel in verschiedene Richtungen drehen können. Die Schwingungen sind mit eine sehr kleinen Amplitude, aber weil diese mit hoher Frequenz erzeugt werden, reicht deren Kraft allemal aus, um die Kugel zu drehen. Auch bei der Berührungslose-Variante, wobei die Piezoelemente alleine durch Luft-Druck bei Schwingphasen, kann ein leichtes Drehmoment erzeugt werden, das die Kugel dreht. Ein Signal-Generator 66 erzeugt die notwendigen Strom-Signale, die die Piezoelemente steuern.

Auf die gleiche Weise funktioniert auch ein Antriebssystem mit Magnetostriktions-Effekt. Statt Piezoelementen werden hier magnetostriktive Elemente eingebaut, die mit einer Frequenz eines Stromsignals schwingen und die Kugel tangential berühren.

Die 42 zeigt eine Variante, wobei anstatt von Elektromagnetspulen, elektroaktive Polymer-/Kunststoff-Elemente 37 für die Drehung der Kugel-Kamera eingebaut sind. Diese Elemente sind in der Lage unter Strom ihre Form zu ändern. Sie sind hier vorzugsweise in Form von Spiralfedern konzipiert und mit einem Ende an die Kugel-Kamera und mit dem anderen Ende an die Hohlsphären-Wand gekoppelt sind. Man kann auch eine Teil- oder Voll-Kardan-Aufhängung 22/23 einbauen, wobei an deren Drehachsen 24 die elektroaktive Kunststoff-Spiralfeder 37 angebracht sind. Werden die Kunststoff-Spiralfeder elektrisch angeregt, verformen sich die elektroaktive Elemente und weil sie in Spiral-Form angebracht sind, erzeugen sie somit in die Spiral-Mitte einen Drehmoment, der eine Drehung der Kugel-Kamera bewirkt. Je nachdem wie die Strom-/Spannungs-Werte bei der Anregung der elektroaktiven Elemente bestimmt werden, so ist auch die Drehmoment-Wirkung. Auf diese Weise ist es möglich eine beliebige, exakt gesteuerte Drehung der Kugel-Kamera.

Durch sehr kleine Schwenkungen kann man sogar mit nur einer Kamera 3D-Bilder aufnehmen. Zuerst wird ein Bild aufgenommen, dann wird die Kugel-Kamera nur leicht und schnell geschwenkt, wobei ein weiteres Bild aufgenommen wird. Das zu fotografierendes Objekt wäre dann aus zwei verschiedenen Perspektiven aufgenommen, wenn auch mit nur ein paar mm Verschiebung, aber durch Software-Unterstützung könnte durchaus ein 3D-Bild nachhinein entstehen. Das gleiche kann man auch für Videoaufnahmen verwenden. Die Kugel-Kamera kann in schnelle Zitterbewegungen elektromagnetisch versetzt werden, wobei bei jeder Stopp-Position, kurz vor Umkehr-Bewegung, ein Bild für die Videoaufnahme aufgenommen wird. Die Zitterbewegungen der Kugel-Kamera sind leicht mit einem elektronischen Oszillator (z. B. eine elektronische Mono oder Bipolar-Kippschaltung, eine elektronische Multivibrator-Schaltung oder Logic-Oszillator-Schaltung), der einen Wechselstromsignal erzeugt, das an die Spulen weitergeleitet wird, zu erzeugen. Mit Software-Unterstützung wäre möglich die Bilder aus der linken und rechten Stopp-Position getrennt voneinander zu eine Gesamtvideo hinzufügen, die dann durch herkömmliche 3D-Bild-Wiedergabe-Methoden an Zuschauer weitergegeben werden Das Eintauchen der Kugel-Kamera, die drehbar ist, in eine Flüssigkeit bringt einige Vorteile mit sich, weil die Vibrationen während Schwenkung dabei weitegehend reduziert werden. Eine präzise Steuerung der Bewegungen der Kugel-Kamera ist dabei möglich, weil beim Abschalten der Elektromagnetspulen, sofort eine Bremsung der Drehbewegung der Kamera erfolgt. Auch der Licht-Brechindex kann dabei verbessert werden, weil das Licht ohne mehrmaliges Brechen direkt von dem Lichtfenster zu der Kamera-Linse ankommt. Außerdem kann auch der Linseneffekt der Flüssigkeit benutzt werden. Die Flüssigkeit sollte einen ähnlichen oder den gleichen Licht-Brechindex wie die Abdeckscheibe haben, unter der die Kugel-Kamera sich befindet. Die Flüssigkeit sollte natürlich durchsichtig sein und in das gekapselte Gehäuse keine Luft eindringen, weil sonst Blasen sich bilden würden, was dann die Bild- oder Videoaufnahmen stören würde oder komplett unbrauchbar machen würde. Die Viskositätsgrad der Flüssigkeit sollte ähnlich wie beim Wasser oder noch höher sein. Man kann dafür destilliertes Wasser, spezielles Öl oder ein Alkohol oder Mischung verwenden. Wenn die Viskositätsgrad der Flüssigkeit höher als beim Wasser beträgt, dann sind die Kugel-Kamera Drehungen etwas träge, allerdings ist die Steuerung und die Haltung der Position einfacher. Weil bei Abschaltung der Elektromagnet-Spulen keine weitere mechanische Spannung oder Drehmoment auf die Kugel-Kamera mehr wirkt, bleibt die Kugel-Kamera dann auch in der Position bis erneute Aktivierung der Spulen so stehen. Deswegen kann man mit weniger Elektromagnet-Spulen besser die Drehbewegung der Kugelkamera steuern und kontrollieren.

Die Lichtfenster sollen teilkugelförmig gebogen sein und konzentrisch zu der Kugel-Kamera angeordnet mit dem Mittelpunkt an gleicher Stelle. Auf diese Weise entstehen keine unberechenbaren Bildverzerrungen, wenn das Licht von außen über das Lichtfenster, in die Flüssigkeit und die Linsen eindringt und auf dem Bildsensor einfällt (46).

In der 47 ist eine Variante dargestellt worden, bei der anstatt eines Magnet-Körpers an der Oberfläche der Kugel-Kamera 1, Magnet-Bereiche 15 eingebaut sind, die durch eingebaute Elektromagneten und deren Steuerung angezogen werden. Die Magnetfelder in den Elektromagneten/Elektromagnet-Spulen 10 werden so gesteuert, dass ein Gesamt-Magnetfeld entsteht, das wandern kann und somit die Drehbewegung der Kugel-Kamera verursacht. Durch die Flüssigkeit 34 entstehen dabei flüssige und präzise gesteuerte Bewegungen. Hier ist die Kugel-Kamera, in eine sehr knappe Hohlsphäre eingebaut ist. Sie berührt die Innenwände der Hohlsphäre. Der Raum dazwischen muss nicht unbedingt mit Flüssigkeit gefüllt sein, es kann sich auch nur Luft drin befinden.

Selbstverständlich kann das Antriebs-System, bzw. das Kamera-System, das hier beschrieben ist, auch im anderen Geräte eingebaut werden. Kompakte- oder Spiegelreflex-Digital-Kameras, Drohnen, Webcams, Überwachungs-Kameras, Fahrzeugkameras, Notebooks, Tablett-PC-s, Roboter, etc. können damit ausgestattet werden. Mit der Kugel-Kamera kann sowohl für die Beleuchtung, als auch als eine Art Markierer eine Laserdiode gekoppelt werden, die einen Punkt in der Mitte des Bildmotivs kurzzeitig abgibt. Auch eine IR-Laserdiode 71 wäre dafür geeignet, obwohl deren Strahl man mit dem Auge nicht wahrnehmen kann, aber der Kamera-Sensor den registrieren kann und der IR-Strahl auf dem Bildschirm sichtbar darstellbar wäre (47). Der Laser-Markierungsstrahl kann wie ein Punkt geformt sein, oder auch andere Formen haben, wie z. B. ein dünner Ring, oder Quadrat.

Bezugszeichenliste

1
Kugel-Kamera
2
Bildsensor
3
Gewölbter Bildsensor
4
Mikrofon
5
Optik-Elemente
6
Linsen
7
Bildstabilisator
8
Kugelschal/Kugelpfanne/Hohlsphäre/Hohlkammer
9
Sichtfenster
10
Elektromagnetspule
11
Mit Dotier- oder Ätze-Verfahren hergestellte Spulen
12
Spulen-Anordnung (ineinander geflochten)
13
Dauermagnet
14
Dauermagnetring
15
Dauermagnetbereich
16
Ferromagnet-Teil/Körper (Eisen, Nickel oder andere magnetisch anziehende Legierung)
17
Magnetfeldlinien
18
Innenwand der Kugelpfanne/Hohlsphäre
19
Außenwand der Kugel-Kamera
20
Signal-Leitung
21
Steuerung
22
Kardan-Aufhängung
23
Teil-Kardanaufhängung mit nur zwei Bewegungsfreiheits-Achsen
24
Gelenk
25
Spiralfeder
26
Stellfeder
27
Sichtfenster-Kuppe
28
Tunnel
29
Smartphone
30
Schwamm-Körper
31
Kuppen-Ring
32
Schutzhülle für die Piezoelemente
33
Signal-Generator
34
Flüssigkeit
35
Kugel-Rollen
36
Spulen für die Kugel-Rollen
37
Elektroaktive-Kunststoff-Spiralen
38
Hohlsphären-Spule
39
Dauermagnet in die Kugelpfanne/Hohlsphäre
40
Elektroaktiver Kunststoff-Kuppe
41
Dämpfer-Spulen
42
Mikro-Kugel-Dauermagnete
43
Steuer-Spule
44
Kern-Spitze der Steuerspule
45
Mechanischer Schalter
46
Konkav-Förmiger Bildsensor
47
Plastik-Teil mit Memory-Effekt
48
Ruhe-Position-Dauermagnet
49
Elektroden
50
Spannungswandler
51
Piezoelemente
52
Kunststoff-Streifen
53
Beleuchtungselemente
54
Leuchtdiode
55
Optische Achse
56
viertelkreisförmiger Arm (Teil-Kardanaufhängung)
57
Ferromagnetischer Bereich
58
durchsichtiger Hohlzylinder
59
ferromagnetischer Ring
60
Stereo-Mikrofon
61
Stift
62
Gewicht/Dauermagnet für die Schwerpunktverlagerung
63
Borsten
64
Permanent elektrostatisch aufgeladene Bereich
65
Kuppen-Ring
66
Signal-Generator
67
Elektromagnet für die Schwerpunktverlagerung
68
Ferrit- oder Eisenkern
69
Vorderseite des Smartphones/Mobiltelefons
70
Rückseite des Smartphones/Mobiltelefons
71
IR-Laserdiode oder im sichtbaren Licht emittierende Laserdiode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • GB 2439346 [0007]
  • JP 080272446 [0008]