Title:
Kamera beliebiger Art
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Kamera, die mit einem Antriebs-System ausgestattet, der diese innerhalb eines Träger-Geräts beliebig, schnell und lautlos dreht. Der Bildsensor und seine Optik-Begleitelemente, sind in einem Kugel-Gehäuse angebracht und bilden die drehbare Einheit. 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 Träger-Gerät zu bewegen. Das Antriebs-System, z. B. in einem Mobiltelefon eingebaut, 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:
DE102016006308A
Publication Date:
10/19/2017
Filing Date:
05/21/2016
Assignee:
Merlaku, Kastriot, 80995 (DE)
International Classes:
G03B17/00; G03B17/02; G03B17/08
Foreign References:
200702177822007-09-20
200901612402009-06-25
54130101995-05-09
52802251994-01-18
31413971964-07-21
WO2004001941A12003-12-31
GB2439346A2007-12-27
JPH08272446A1996-10-18
Other References:
Standard-Position schwenkt
Standard-Position kann
Claims:
1. Kamera beliebiger Art,
dadurch gekennzeichnet,
dass
– sie und deren Elektronik-/Optik-Begleitelemente eine kompakte Einheit bilden, in Form einer Kugel-Kamera gestaltet ist, die in eine Hohlsphäre/Kugelschale gesteckt ist, die durchsichtig ist oder eine freie Sicht der Kamera durch mindestens einem Lichtfenster oder Öffnung ermöglicht, wobei die Kugel-Kamera innerhalb der Hohlsphäre/Kugelschale in beliebige Richtungen drehbar ist, angetrieben durch einem Antriebs-System das
– mindestens ein Elektromagnet, der in die Wand der Hohlsphäre/Kugelschale oder außerhalb statisch eingebaut ist,
– mindestens ein kleiner Körper oder Bereich, der/das in die Kugel-Kamera eingebaut ist, der/das ferromagnetische oder dauermagnetische Eigenschaften besitzt und in Magnetfeldwechselwirkung mit dem Elektromagneten aus der Wand der Hohlsphäre/Kugelschale steht,
– mindestens eine elektronische Steuerung, die den Elektromagneten steuert und seine Stromversorgung kontrolliert,
aufweist.

2. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass
– über eine oder mehrere Elektromagnetspulen, die in der Nähe der Kugel-Kamera in die Wand der Hohlsphäre/Kugelschale statisch eingebaut sind, die mit eine Steuerung/Steuereinheit gekoppelt sind, die einen Magnet-Wander-Feld oder Magnet-Drehfeld über die Elektromagnetspulen erzeugt,
und
– mindestens einem Dauermagneten, der in die Kugel-Kamera angebracht ist und der in Magnetfeldwechselwirkung zu der Elektromagnet-Spulen steht, in beliebige Richtung drehbar ist.

3. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit, die zwischen der Kugel-Kamera und der Hohlsphäre/Kugelschale sich befindet, angebracht ist.

4. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlsphäre/Kugelschale komplett dicht verschlossen oder gekapselt ist.

5. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durchsichtig ist.

6. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit destilliertes Wasser/ein Öl oder ein Alkohol ist.

7. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine niedrige bis mittlere Viskositätsgrad aufweist.

8. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein ähnlicher oder höherer Viskositätsgrad als Wasser aufweist.

9. Kamera beliebiger Art 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.

10. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel-Kamera und die Hohlsphäre/Kugelschale, konzentrisch zueinander angeordnet sind und einen gleichen Mittelpunkt aufweisen.

11. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel-Kamera in einer Kardanaufhängung mit zwei oder drei Bewegungsfreiheits-Achsen eingebaut ist.

12. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 11,
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 Hohlsphäre/Kugelpfanne gekoppelt ist.

13. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugel-Gehäuse mit der Kamera drin, gezielt gesteuert auch um die optische Achse innerhalb eines Kamera-Träger-Geräts drehbar ist.

14. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kugel-Kamera eingebaute Dauermagnete sehr klein sind und nahezu punktuelle Magnetfeld-Wechselwirkungen mit den Elektromagnetspulen bewirken.

15. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnet-Spulen-Steuerung über eine Software-Gesteuerte Schnittstelle erfolgt.

16. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ziel-Objekt-Verfolgungs-Funktion, die softwaremässig unterstützt wird, eingebaut ist.

17. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 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.

18. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlsphäre/Kugelschale komplett oder zumindest in dem Licht-Einfall-Bereiche für den Bildsensor der Kugel-Kamera, aus einem klaren, lichtdurchsichtigen Material besteht.

19. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Kugel-Kamera über kleine Federelemente, mittig in die Hohlsphären-Kammer gehalten wird und dadurch die Wände der Hohlsphäre nicht berührt.

20. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzeln oder gruppenweise steuerbare Elektromagnet-Spulen, sehr schmal und ringförmig gestaltet, die in die Wand der Hohlsphäre/Kugelschale eingebaut sind oder diese umfassen, wobei diese ähnliche wie Erd-Meridianen angeordnet sind, im Sichtfeld der Kamera aber fehlend, mindestens an zwei Punkten sich überschneidend angeordnet sind.

21. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 20, 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.

22. Kamera beliebiger Art 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.

23. Kamera beliebiger Art 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.

24. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so konzipiert ist, dass sie durch gruppenweise Spulen-Steuerung oder durch das Steuern der Einzel-Spulen, ein Magnet-Wander-Feld von Spule zu Spule oder Spulengruppe erzeugt.

25. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor eine Organik-Photo-Sensor Technologie beinhaltet.

26. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensor-Fläche nicht gerade sondern gebogen/gewölbt ist.

27. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensor-Fläche elektrisch gesteuert verformbar/biegbar ist.

28. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor auf einer elastischen, vorzugsweise elektrisch biegbaren Fläche eingebaut ist.

29. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor in einem elektrisch verformbaren Polymer/elektroaktiven Kunststoff eingebettet ist oder mit einem elektrisch formveränderbaren Polymer gekoppelt ist.

30. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, 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 die Kugel-Kamera anstatt des Dauermagneten angebracht ist, die in Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen, besteht.

31. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Gehäuse nicht kugelförmig sondern zylindrisch geformt ist, das in eine Hohlzylinder-Kammer platziert ist, in dem mindestens eine Elektromagnetspule eingebaut ist, sowie einem Dauermagnet, der in das Kamera-Gehäuse angebracht ist, wobei die Elektromagnetspule und der Dauermagnet in Magnetfeldwechselwirkung zueinander stehen und dadurch das Kamera-Gehäuse drehbar ist.

32. Kamera beliebiger Art 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.

33. Kamera beliebiger Art 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.

34. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera und die Antriebselemente doppelt eingebaut und für 3-D-Aufnahmen konzipiert sind.

35. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem die Kamera und die Hohl-Kammer in der diese sich befindet, bestehen, kratzfest ist oder zumindest mit einer kratzfesten Flächen-Beschichtungen ausgestattet ist.

36. Kamera beliebiger Art 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.

37. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine 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.

38. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optisches Fenster, 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 zu bilden.

39. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 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.

40. Kamera beliebiger Art 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.

41. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungselemente/Blitzlichtgeber aus Laserdioden bestehen.

42. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Laserdioden, die je einen Laserstrahl in Licht-Grundfarben Blau, Rot und Grün emittieren, eingebaut sind.

43. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laserdiode, die Infrarotes Licht strahlt, eingebaut ist.

44. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kleine elektromagnetisch bremsbarer Kugellager, die aus Dauermagneten bestehen, die zwischen der Hohlsphäre-Wand und der Kugel-Kamera eingebaut sind, wobei unter denen kleine Elektromagnet-Spulen eingebaut sind, für die Bremsung der Kamera-Gehäuse eingebaut sind.

45. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel-Kamera elektrisch gesteuert durch Elektromagnetspulen, innerhalb eines Träger-Geräts in der optischen Achse rotierbar ist.

46. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel-Kamera mit einen elektronischen Schwingkreis/Oszillator ausgestattet ist, der mit Elektromagnetspulen gekoppelt ist, wobei die Kamera durch Wechselstromsignale an den elektromagnetischen Spulen, schnelle Ziffer-Bewegungen absolviert.

47. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung eingebaut ist, die an die Umkehr-Positionen bei den Zitterbewegungen des Kamera-Gehäuses, den Bildsensor für Bildaufnahmen kurzzeitig aktiviert.

48. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen in einer Gesamt-Aufnahme, als Dreidimensionale-Bild- oder Videoaufnahme über eine Hardware- und/oder Softwaresteuerung zusammengefügt sind.

49. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb oder das Antriebs-System mit einer Soundsteuerung gekoppelt ist, die die Kamera dort automatisch in Richtung der Sound- oder die Stimmen-Quelle ausrichtet.

50. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs-System der Kugel-Kamera über eine Steuerung mit einem eingebauten Mikrofon-/Richtmikrofon- oder Stereo-Mikrofon, der die Quelle eines intensiveren Schalls, Sounds oder Gesprochenes lokalisieren kann, wobei die Kamera in die Audio-Quellen-Richtung automatisch gerichtet wird, gekoppelt ist.

51. Kamera beliebiger Art 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.

52. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für den Antrieb der Kamera mit eine Bild-Stabilisierungsfunktion, die durch schnelle Steuerung der Elektromagnet-Spulen den Störbewegungen der Kamera entgegenwirkt, ausgestattet ist.

53. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für die Drehung der Kamera über ein kleines Programm oder App steuerbar ist.

54. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die App verschiedene Module aufweist, über die der Antrieb der Kamera für Bild-Stabilisierung oder Verfolgungs-Funktionen konzipiert sind.

55. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera mit mindestens einem Laserstrahler/eine Laserdiode/Leuchtdiode, 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.

56. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Laserdiode oder eine Leuchtdiode, die in der Kugel-Kamera eingebaut oder integriert ist, die einen Lichtstrahl abgibt, der weitgehend parallel zu der optischen Achse der Kugel-Kamera ist, die einen Bereich auf dem zu fotografierenden oder aufnehmenden Bildmotiv kurzzeitig oder permanent markiert und dadurch dem Benutzer die „Sehrichtung” der Kugel-Kamera anzeigt, ausgestattet ist.

57. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode oder Laserdiode einen Strahl abgibt, der ein Zeichen oder eine geometrische Figur auf das aufzunehmende Bildmotiv projiziert.

58. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Beleuchtungselement/Blitzlichtgeber für das aufzunehmenden Bildmotiv, das/der Licht im sichtbaren Licht Spektrum oder im Infrarot Bereich emittiert, mit der Kugel-Kamera integriert ist und damit ebenso bewegbar ist.

59. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement/der Blitzlichtgeber aus mindestens einer Leuchtdiode oder Laserdiode besteht.

60. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Laserdioden, die je einen Laserstrahl in Licht-Grundfarben/Blau, Rot und Grün emittieren, eingebaut sind.

61. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laserdiode, die Infrarotes Licht strahlt und in dem drehbaren Teil der Kamera eingebaut ist, aufweist.

62. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 59 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bewegliche Linse oder Linsen-System für eine Zoom-Funktion des Blitzlichts oder Beleuchtungselemente eingebaut ist.

63. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse elektrisch in der optischen Achse bewegbar ist.

64. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 62 oder 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse mit einem Magnet- oder Ferromagnet-Ring am Rand ausgestattet ist, wobei in unmittelbarer Nähe eine Elektromagnet-Spule eingebaut ist, die in Magnetfeld-Wechselwirkung mit dem Magnet- oder Ferromagnet-Ring am Rand der Linse steht und somit die Linse in die optischen Achse hin und her bewegen kann.

65. Kamera beliebiger Art nach Patentanspruch 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für die elektrische Bewegung der Linse eingebaut ist.

66. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 62 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse am Rand mit einer flexiblen, leicht dehnbaren Membran oder einen Membran mit konzentrisch angeordneten Falten ausgestattet ist, die sie mit dem Gehäuse des Beleuchtungsmittels fixiert.

67. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 62 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für die Linsen-Bewegung mit Bildmotiv-Zoom-Funktion der Kamera gekoppelt ist.

68. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 58 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass Beleuchtungselemente/Blitzlichtgeber, rings herum, um die Sichtfenster der Kugel-Kamera eingebaut sind oder ringförmig gestaltet sind.

69. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung für drahtlose Kommunikation oder eine drahtlose Schnittstelle für eine Signal-Übertragung/Steuerung oder Kommunikation mit einem PC, Mobiltelefon oder ein anderes Gerät, das ebenso mit einer kompatiblen drahtlosen Schnittstelle ausgestattet ist, aufweist.

70. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem robusten, kratzfestem Material besteht.

71. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Aussen-Gehäuse komplett oder zumindest teilweise aus einem durchsichtigen Material besteht.

72. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Energie-Quelle, vorzugsweise eine aufladbaren Energie-Quelle ausgestattet ist.

73. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ein beliebiges Gerät, das eine Kamera aufweist, eingebaut ist.

74. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass sie speziell in einem Mobiltelefon/in Smartphone eingebaut ist und dessen 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.

75. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine eigenständige Kamera ist.

76. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 72 oder Patentanspruch 75, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kugel-Kamera, als auch die Hohlsphäre mit eigenen Energie-Quellen ausgestattet sind, wobei keine Leitung zwischen der Kugel-Kamera und der Hohlsphäre vorhanden ist.

77. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 72 oder Patentanspruch 75 oder 76, dass die Kugel-Kamera mit drahtlose Kommunikations-Vorrichtung/Elektronik ausgestattet ist.

78. Kamera beliebiger Art nach einem der Patentansprüche 1 bis 72 oder einem der Patentansprüche 75 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit eine Befestigungsvorrichtung, wodurch sie mechanisch an einem Gerät gekoppelt werden kann, ausgestattet ist.

79. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch gesteuerte dehnbare Polymer-Platte, die so angeordnet ist, das sich in der optischen Achse des Bildsensors ausdehnen und zurückziehen kann und dadurch den Bildsensor in der optischen Achsen Achse bewegen kann, auf der Rück-Fläche des Bildsensors eingebaut ist, oder mit der Rückfläche des Bildsensors gekoppelt ist.

80. Kamera beliebiger Art nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor ein organischer Bildsensor ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Kamera, die mit einem Antriebs-System ausgestattet ist, das sie in beliebige Richtung drehen kann, die in einer gekapselten Hohlsphären angebracht ist, die bei einer Variante mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Bildsensor und seine Optik-Begleitelemente, innerhalb eines Außengehäuses, elektromagnetisch angetrieben beweglich sind und Aufnahmen in beliebige Richtungen machen kann.

Die Digitalkamera ist kugelförmig, bzw. in einem kompakten Kugel-Gehäuse eingebaut und in eine komplett oder teilweise durchsichtigen Hohlkugel gesteckt (wie ein Kugelgelenk in einer Kugelpfanne/Hohlsphäre bzw. Kugelschale). Das Kugel-Gehäuse ist in der Lage in nahezu beliebige Richtungen gesteuert schnell sich zu drehen und somit auch schnell bewegliche Ziele zu erfassen, ohne dass es erforderlich ist, das ganze Aussen-Gehäuse der Kamera zu bewegen. Die Erfindung findet Anwendung in jedem Möglichen Gerät, das mit einer Kamera ausgestattet ist, auch an 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, fast wie ein menschliches Auge.

Es gibt heutzutage zahlreiche Kamera-Modelle, die in der Lage sind 360° Bilder aufzunehmen, oder einige Modelle, die für Aktions-Zwecke konzipiert sind (wie z. B. GoPro Cam oder Fly360° Cam). Bei sog. 360° Panorama Aufnahmen, wird die ganze Umgebung um einen vertikalen Achse aufgenommen, und das Bild oder Video als solches präsentiert. Es ist zwar verwirrend sowas anzusehen, aber es sind viele Informationen drin enthalten, die insbesondere für Überwachungszwecke auswertbar wären.

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 US5413010 beschreibt einen Elektromotor, der einen sphärischen Rotor aufweist.

Die Anmeldung US5280225 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 Drohnen, Smartphones, Notebooks oder andere Geräte 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 Träger-Geräts 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 80 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Antriebs-System für eine Kamera zu schaffen, dass flüssige Bewegungen der Kamera ermöglicht, wobei die Kamera innerhalb des Träger-Geräts oder Aussen-Gehäuse schnell und lautlos, mit dem Effekt fast wie ein menschliches Auge, sich dreht, bei der speziellen Verwendung in einem Mobiltelefon Aufnahmen sowohl von der Rückseite, als auch von der Vorderseite ermöglicht und somit eine zweite Kamera ersetzt.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 80 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

  • – die Kamera dreht sich innerhalb des Träger-Geräts oder einer Aussen-Gehäuse (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 (optimal für Flug-Drohnen oder Roboter),
  • – 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 eine zweite Kamera in einem Smartphone (Mobiltelefon mit PC Eigenschaften),
  • – günstiges System in der Herstellung und einfache, wartungsfreie Vorrichtung.

Die Erfindung ist ein Antriebs-System für eine Kamera, wobei der Bildsensor und seine optische Begleitelemente, flüssig beweglich sind und dabei in der Lage ist, ein zu fotografierendes Ziel zu verfolgen, eine klare, wackelfreie 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, und auch im speziellem Fall bei einem Mobiltelefon vorzugsweise von hinten und/oder von vorne (mit nur einem Bildsensor zu realisieren). Es ist ein sehr kleines bewegliches Digitalkamera-System, dass in nahezu jedem Träger-Gerät und auch in kleinen Mobiltelefone 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 und auch 360° Aufnahmen möglich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 52 erläutert. Es zeigen:

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

2 eine eigenständige Kamera, die für Action-Aufnahmen konzipiert ist,

3 und 4 eine Variante, die in einem Mobiltelefon eingebaut ist,

5 und 6 eine einfachere Variante,

7 eine eingebaute Teil-Kardanaufhängung,

8 und 9 eine vollautomatisches Verfolgungssystem, das die Bewegung des Bildsensors steuert,

10 und 11 das Funktionsprinzip des Antriebs,

12 und 16 eine Variante, wobei eine Flüssigkeit in den Zwischenraum sich befindet,

13 bis 52 verschiedene Arten und Ausgestaltungen dieser Erfindung.

Der Bildsensor und seine optischen Begleitelemente sind vorzugsweise in einem kleinen kugelförmigen Gehäuse angebracht (in diese Anmeldung wird das Gehäuse mit der Digitalkamera drin, einfach nur 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 1 ist praktisch wie eine Kugel eines Kugelgelenks, das in eine Kugelpfanne angebracht ist, konzipiert und so bewegt sie sich auch. Die Kugel-Kamera kann einfach lose und frei drehbar in der Hohlsphäre 2 platziert werden, oder sie kann über Drehwellen befestigt oder über eine einfache Kardanaufhängung oder eine Spiralfeder mit der der Hohlsphäre 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 3 gefüllt, die eine reibungsarme Drehung der Kugel-Kamera ermöglicht. Die Flüssigkeit kann ein durchsichtiges Öl, Alkohol, destilliertes Wasser oder eine andere Flüssigkeit sein. Hauptsache, sie ist durchsichtig, weil sie auch vor der Kamera-Linse sich befindet, also auch zwischen dem Lichtfenster 4 der Hohlsphäre/Kugelschale 2 und der Linse der Kugel-Kamera. Die Kammer 5 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. Die Kugelschale ist durchsichtig oder sie weist ein großes Lichtfenster auf.

Eine solche Digitalkamera kann in Kamera-Träger beliebiger Art eingebaut werden, wie z. B. in einem I-Phone, Smartphone oder anderes Mobil-Telefon, in einem Tablett-PC oder Laptop, Roboter aller Art, Flugdrohnen, Endoskope (für Industrie oder medizinische Zwecke), Freizeit-Kamera-Vorrichtung, Studio-Film-Kamera oder auch als Fahrzeug-Kamera/Parkhilfe-Kamera oder Dashcam, 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 großen Teil einen Fenster aufweist, durch die die Kugel-Kamera das Licht von der Umgebung bekommt.

Die Kugel-Kamera ist komplett mit Bildsensor 6, Elektronik-Bauteile und begleitende Optik-Elemente (z. B. Linsen, Mini-Prismas, bei einige Varianten auch Beleuchtungs-Elemente, etc.) ausgestattet. Die Kugel-Kamera 1 wird nicht wie herkömmlich durch Getriebe oder Elektromotoren gedreht (auch nicht manuell durch Berührung), sondern durch einen oder mehrere Elektromagneten 7 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 Kugelschale 2 nur drin platziert ist und nirgendwo sonst befestigt, ist sie frei drehbar. Der Zwischenraum 5 kann leer sein (nur Luft), oder mit einer umgebenden Flüssigkeit 3 gefüllt sein.

Eine Multi-Achsendrehung kann auch durch eine Kardan-Aufhängung 12 realisiert werden, falls die Kugel-Kamera die Hohlsphären-Wand 8 nicht berühren soll (1). Allerdings die einfachste Variante sieht vor, dass die Kugel-Kamera, insbesondere bei kleinen Geräten, wie z. B. 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 Wand 8 der Kugelpfanne/Hohlsphäre, allerdings ist ihr Gewicht sehr klein und dadurch entsteht kaum Reibung, wenn sie hin und her durch Elektromagnet-Spulen gedreht wird (11). 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 9 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 1 ist mit Magnetbereichen 10 (47) oder mindestens einem Dauermagneten 11 versehen wobei diese mit Hilfe einer oder mehrere Elektromagnetspulen 7, die in die Kugelpfanne/Hohlsphäre eingebaut sind, in beliebige Richtung berührungslos, alleine durch Magnetfeld-Wechselwirkungskraft schwenkbar/drehbar ist. Sobald ein Magnetfeld durch die Elektromagnet-Spulen aufgebaut wird, orientiert sich der Dauermagnet, der in die Kugel-Kamera sich befindet, automatisch an das Magnetfeld der elektromagnetischen Spulen 7. Je nachdem welche der Spulen aktiv ist, wird auch der Dauermagnet an die Magnetfeldlinien der aktiven Spulen sich orientieren. Die Strom-Signal-Leitung 9 für die Kugel-Kamera (bzw. dessen Bildsensor) kann aus fein verdrillten Leitungen, die etwas länger sind oder spiralförmig geformt ist, bestehen. Damit kann die Stromversorgung und Signalabnahme von dem Bildsensor 6 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 (z. B. über die des Träger-Geräts oder eines anderen Geräts, das mit der Kamera über drahtlose Schnittstellen verbindbar ist – z. B. eines Mobiltelefons) unterstützt, kann das zu fotografierende Ziel/Bildmotiv 13 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 die schnelle 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 wackelfrei, egal wie heftig die Kamera oder z. B. das Mobiltelefon hin und her geschwenkt wird. In einem Mobil-Telefon (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 4 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 dem 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 realisierbar ist. Hier werden spezielle Elektroden 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 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.
  • – 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 oder elektroaktive Kunststoff-Spiralen 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 weist einigen Vorteilen gegenüber der Stand der Technik auf. Diese Digitalkamera wird innerhalb des Kamera-Träger-Geräts berührungslos über Elektromagnetfelder gedreht, wobei die Drehung blitzschnell und lautlos erfolgt, was auch für Sport-Aufnahmen, Aktion- oder einfach 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 Außen-Gehäuse (oder das Digitalkamera Träger-Gerät) sich dreht, sondern nur das Teil, in dem der Bildsensor 6 und seine Optik sich befinden, bzw. die Kugel-Kamera, 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 Zitter-Bewegungen vom Benutzer während der Bild- oder Videoaufnahmen perfekt ausgeglichen wären. Das Antriebs-System, das mit einer elektronischen Steuerung/Steuereinheit 14 gekoppelt ist 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 Geräten 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/Multivibrator (z. B. eine elektronische Mono-/Bipolare/Bistabile-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 Magnetfeld-Wechselwirkung zwischen den außerhalb, vorzugsweise in die Hohlsphären-Wand, angebrachten Elektromagnet-Spulen und der Kugel-Kamera zu realisieren, reicht völlig aus, wenn die Kugel-Kamera Meridial oder Äquatorial einen Magnetring 15 aufweist, einen Magneten drinnen hat oder einen magnetisierten Bereich 16 aufweist (2, 6, 11, etc.). Mit Hilfe von Elektromagnet-Spulen außen, die in die Kugelpfanne/Hohlsphäre an verschiedene Stellen platziert sind und die von einer Steuerung 14 gezielt mit Strom versorgt werden, wird die Kugel-Kamera 1 berührungslos gedreht. Je mehr in der Anzahl und je kleiner die Elektromagneten 7 in die Kugelpfanne/Hohlsphäre 2 eingebaut sind, desto präziser ist die Drehung der Kugel-Kamera. Durch eine koordinierte Magnetfeld-Intensität Steuerung der Spulen, kann man theoretisch mit nur drei oder vier Spulen, die Kugel-Kamera in jede Richtung bewegen. Weil die Kugel-Kamera innerhalb der Kugelschale/Kugelpfanne/Hohlsphäre drehbar ist, kann diese sowohl als Rückkamera als auch Frontkamera bei Fahrzeugen, Mobiltelefone oder Drohnen 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-Kamera 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 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 Kamera-Träger-Gerät oder z. B. aus einem Mobiltelefon herausgefahren werden, um den Blickwinkel zu vergrößern. In dem Fall wäre eine weitere Elektromagnet-Spule notwendig, die die Kugelpfanne/Hohlsphäre 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 9, 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 Hohlkugel/Hohlsphäre ohne jegliche Lager eingebaut werden. Man kann auch eine einfach konzipierte Zweiachsen-Kardanaufhängung 17 verwenden. Es reicht dabei eine stark vereinfachte Kardanaufhängung, mit nur einem kleinen Arm 18 und zwei Gelenke 19 wie in der 7 oder 15 dargestellt ist, einzubauen. Die Bewegungen werden durch elektromagnetischen Antrieb berührungslos durchgeführt. Die unerwünschten Weiter-Schwingungen der Kugel-Kamera, werden entweder durch eine Flüssigkeit in dem engen Raum 5 zwischen der Kugel-Kamera und der Kugelschale weitgehend gedämpft, aber diese können auch elektromagnetisch oder durch Wirbelstromtechnik schnell gedämpft werden. Eine Steuereinheit kann beim Erreichen einer bestimmten Drehposition der Kugel-Kamera über Elektromagnet-Spulen 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. Auch die Achsen der Kardanaufhängung können elektrisch gesteuert blockiert werden (durch einen kleinen Elektromagneten 20, der einen Stift 21 dort einschiebt, oder einfach durch Elektromagnetkraft, wobei die Kugel-Kamera in Richtung der Drehachse – parallel zu der Drehachse an die Kardanaufhängung gegen eine Feder 22 angezogen wird bis sie in eine Verzahnung 23 einrastet – 15).

Weil die Kamera auch um ihre optische Achse 24 sich drehen kann, ist das Fotografieren bzw. Erzeugung von perfekten Bildern auch bei Schräghaltung des Träger-Geräts möglich. In einer speziellen Ausführung, in diesem Fall der Einbau in einem Mobiltelefon 25, wäre durch eine gesteuerte Drehung der Kamera in Zusammenspiel mit dem Lagesensor 26 des Mobiltelefons/Smartphones, das aufgenommene Bild stets perfekt gerade ausgerichtet, egal wie schräg man das Mobiltelefon hält (45, 48). Der Lagesensor 26, der fast in jedem Mobiltelefon heutzutage eingebaut ist, leitet an die Steuerung die Informationen weiter, 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. Durch den Lagesensor würde die Kamera stets die Drehpositionen behalten, egal wie das Mobiltelefon gedreht wird oder bewegt wird (48). 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. In dem Fall 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 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 27 und der Vorderseite 28 eines Mobiltelefons, 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 (30).

Mit eine Bewegungs-Sensor-Unterstützung oder Softwareunterstützt, gekoppelt mit einem Gravitations-/Lage-Sensor oder kombiniert mit eine herkömmlichen Bildstabilisierungs-Vorrichtung, kann das System als perfektes Stabilisierung-System gegen verwackelte Bilder konzipiert werden. Somit ist das System perfekt auch für Extrem-Sportler, Flugdrohnen, Roboter, Profi- und Hobby-Filmemacher oder Reporter in Kriegseinsätze geeignet. Die Kamera kann auch in Fahrzeuge optimal eingesetzt werden. Als Park-Hilfe sind Kameras ohnehin bei Luxus-Fahrzeugen im Einsatz. Eine schnell schwenkende Kamera, die sich automatisch so ausrichtet, dass explizit am Fahrzeug annähernde Gegenstände erfasst werden, wäre das eine großartige Hilfe beim Einparken. Wenn z. B. ein Fahrzeug eine Anhängerkupplung aufweist, ist der mit Sensoren nur schwer zu erfassen und man kann leicht mit dem eigenem Fahrzeug den berühren. Die schnell schwenkende Kamera könnte dabei diesen Gegenstand auch erfassen und mit dementsprechender Software-Steuerung einen Alarm auslösen, oder zumindest auf dem Bildschirm innen im Fahrzeug den Gefahren-Bereich markieren.

Bei einer Variante, die in der 10 dargestellt ist, ist das Lichtfenster der Hohlsphäre, in der die Kugel-Kamera eingebaut ist, aus einem speziellen Polymer-/Kunststoff (z. B. elektroaktiven Polymer/Kunststoff 29) hergestellt, das in der Lage ist, elektrisch oder thermisch gesteuert vorübergehend eine Kuppe nach außen zu bilden. Weil der Rand 30 des Lichtfensters mit einem nicht dehnbaren Ring 31 (aus Metall oder Plastik) begrenzt ist, wird das die Bildung einer Kuppe 32 fördern, die durch die Ausdehnung des elektroaktiven Polymer-Elements entsteht. Die unter elektrische Spannung eingeleitete Ausdehnung der Fenster-Kuppe 32 kann sich nicht über dem Ring 31 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 Licht-Fenster schon im inaktiven Zustand, bedingt durch die Hohlsphären-Form nach außen gebogen ist, wird eine Ausdehnung die Kuppen-Bildung nach Außen einleiten. In die Fenster-Kuppe kann die kugelförmige Kamera durch eine Elektromagnetspule 33 berührungslos angetrieben, sich hineinschlüpfen und dadurch den Blickwinkel deutlich erweitern, was interessant wäre, etwa, wenn diese Vorrichtung in einem Fahrzeug eingebaut ist. Auch der Einsatz in einem Mobiltelefon wäre interessant, z. B. wenn das Mobiltelefon dem Tisch liegt und man möchte aus dieser 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, kugelförmige Gestalt an. 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 Zoom- oder Autofokus-Einstellungen verwendet werden, weil diese Änderung, bei Varianten mit einer Flüssigkeit drin, eine Veränderung der Lichtbrechung verursacht und wie eine Fokus-Änderbare-Linse wirkt. Die Hohlsphäre/Kugelschale kann leicht elastisch oder zumindest mit einer elastischen Stelle oder Membran 34 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 35, die mit dem Antrieb-System gekoppelt wäre, könnte die Digitalkamera dann dort automatisch gerichtet werden, woher der Sound oder die Stimme auch kommt. Für diesen Fall sollte die Kamera über einem Stereo-Mikrofon oder Richtmikrofon 36 verfügen. Über 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.

Als eigenständiges Gerät, soll die Kamera mit einer Stromversorgung in Form einer aufladbaren Energie-Quelle 37 ausgestattet werden (2 und 51). Andere Features, wie z. B. drahtlose Datenübertragung und drahtlose Steuerung sind ebenso leicht einzubauen. Drahtlose Schnittstellen oder Transmitter 38 wie z. B. Bluetooth, WLAN, WiDi, WiFi, etc. sind optimal dazu geeignet. Dadurch wäre die Verbindung der Kamera mit einem Smartphone (Mobiltelefon mit PC-Eigenschaften) problemlos möglich. Um an einem Objekt oder Gerät die eigenständige Kamera zu befestigen können gängige Befestigungsmethoden verwendet werden, wie z. B. Klettverschluss-Teile, Haltebügel, Magneten, etc.

Der elektromagnetische Antrieb der Kugel-Kamera, ist relativ einfach gebaut. Basis dafür bildet ein Dauermagnet-Körper 11 drinnen in die Kugel-Kamera 1, ein magnetisierter Bereich 16 auf die Kugel-Kamera-Fläche oder ein Dauermagnet oder Dauermagnet-Ring 15, der im Umfang der Kugel-Kamera wie ein Meridian angebracht ist. Hauptsache ist, dass diese außerhalb des Blickfeldes der Kugel-Kamera eingebaut sind. Der Dauermagnet (egal ob magnetisierter Bereich, Dauermagnet-Körper, Dauermagnet-Ring) wird durch elektromagnetische Spulen, die in die Wand der Kugelschale/Hohlsphäre fest eingebaut sind (können auch komplett außerhalb der 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, durch feine Borsten 86, die die Kugelkamera tangential streifen 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 dem 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 86 oder kleine, leichte Schwamm-Körper 87 oder Schwamm-Beschichtung einbauen, die dann mit der Hohlsphären-Wand leicht berühren und die Kugel-Kamera sofort bei fehlendem Drehmoment stoppen (11). Bei Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Öls mit etwas höherer Viskosität wird eine passive Schwingungs-Dämpfung sehr schnell erreicht (12).

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 Kameras, wobei das Gesicht einer Person, sobald erfasst ist, markiert und verfolgt wird – mit der Unterschied, dass die Person stets mittig auf dem Bild zu sehen sein 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 kann mit einer Rück-Stellfeder oder einem zusätzlichen Ruhe-Position-Dauermagnet 39, der einen Ferromagnet-Bereich oder Ferromagnet-Körper 40 (vorzugsweise Eisen oder Nickel) in einer Ruhe-Position anzieht, ausgestattet werden (12). Die Rück-Stell-Feder oder der Ruhe-Position-Dauermagnet 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 41 die Drehung realisieren, der in einer Stelle, vorzugsweise unten und nah an der Oberfläche der Kugel-Kamera eingebaut ist. Dieser Ferromagnet-Körper 41 wird durch die drei versetzte Elektromagnet-Spulen 7 angezogen und das in die Richtung, die durch die Magnetkraft der Spulen bestimmt wird. Ist die Spule A aktiv, wird die Kamera in die Richtung A gedreht. Wird die Spule B aktiviert, dann dreht sich die Digitalkamera in Richtung B. Je nachdem wie stark das Magnetfeld der Spule B ist, wird die Kugel-Kamera, mehr oder weniger gedreht. Werden aber z. B. gleichzeitig die Spulen A und C aktiviert, wird dann die Kamera in eine Zwischenrichtung gedreht, also Richtung D. 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 (17).

Der elektromagnetische Antrieb ist wartungsfrei, lautlos und ziemlich einfach zu realisieren. Es 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 7 ist die Variante mit Elektromagnet-Spulen dargestellt, wobei die Kugel-Kamera in eine Teilkardanaufhängung eingebaut ist. Der Bildsensor und seine Optik-Elemente sind auch hier in einem Kugelgehäuse angebracht, die beweglich in die hohlsphärischen Kammer 2 angebracht ist, die durchsichtig ist, oder zumindest. einen oder mehrere Blicklichtfenster aufweist. Die Kugel-Kamera ist in der durchsichtigen Hohlsphäre platziert. Die Kugel-Kamera ist etwas kleiner als die Hohlsphäre, somit drin frei beweglich. Die Aufnahme-Richtung der Kamera wird durch die Elektromagnetspulen bestimmt, die an die Hohlsphären-Wand 8 eingebaut sind. Die elektrische Energie und Signalübertragung von dem Sensor auf die Auswerte Einheit erfolgt durch eine sehr dünne und extrem flexible Leitung 9, 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, in der der Bildsensor und seine Begleitelemente eingebaut sind. Durch die Magnetfeldwechselwirkung zwischen den Magnet-Feldern der elektromagnetischen Spule in der Hohlsphäre und des Dauermagnets in der drehbaren Kugel-Kamera, kann man eine beliebige Drehung der Kugel-Kamera erreichen. Ebenso die Beleuchtungselemente 42, egal ob diese im Spektrum des sichtbaren Lichts oder im Infrarot-Bereich Strahlung emittieren, können in die Kugel-Kamera integriert werden und mitbewegt werden. Das ermöglicht eine optimale Beleuchtung, weil der Lichtstrahl die Bewegung des Blickfeldes der Kugel-Kamera folgt. Auch ein Blitzlicht, vorzugsweise als Leuchtdiode 53 oder Laserdiode 43 in die Kugel-Kamera 1 eingebaut, kann dafür verwendet werden (5 und 15). Die Leuchtdioden können kreisförmig um die Kamera-Linse angeordnet werden. Sowohl die Leuchtdioden, als auch die Laserdioden können mit Linsen 81 ausgestattet werden, die entlang der Lichtachse 84 bewegbar sind. Ein kleiner Magnetring 78 am Rand der Linse 81 und eine kleine Elektromagnetspule 79 kann die Linse hin und her bewegen und somit einen elektrisch steuerbaren Lichtfokussierung für Aufnahmen von weit entfernte Zielen bei Nacht ermöglichen. Die Linse ist mit Hilfe einer elastischen Membran 80 mit dem Gehäuse 83 der Laserdiode verbunden. Die Membrane 80 kann mit konzentrisch angeordneten Falten 82 ausgestattet werden, die eine Bewegung der Linse in entlang der optischen Achsen 84 ermöglicht (50). Eine Verbindung mit der Zoom-Funktion der Kamera könnte ein automatisches Zoomen auch des Laserlichts ermöglichen. Die Steuerung für die Laserdioden-Linse könnte die Informationen von der Zoom-Funktion der Kamera für die Steuerung der Zoom-Grad der Linse und damit die Fokus-Stärke des Laserlichts auf das zu fotografierende Bildmotiv. Selbstverständlich bei der Verwendung von drei Laserioden, sollte bei allen drei eine gleichzeitige Fokuseinstellung de Linsen erfolgen. Dafür kann man die Linsen gruppieren oder mit eine Halterung oder eine einzigen Membran verbinden und alle drei gleichzeitig mit nur einer Elektromagnetspule hin und her bewegen. Der beleuchtete Bereich in die Ferne wäre relativ klein, dafür aber sehr intensiv und gut beleuchtet, sodass man davon gute Aufnahmen erzielen kann auch bei Nacht. Man braucht ja manchmal nur ein kleines Objekt zum fotografieren, z. B. ein Glocken-Turm, das paar hunderte Meter weit weg ist. Mit normalem Blitzlicht ist das nicht zu erreichen. Aber durch Laserdioden-Strahlen, die gut fokussiert sind, ist das Ziel sehr gut beleuchtet auch wenn es in die Ferne liegt. Durch die Kamera-Zoom-Funktion kann das Objekt näher gerückt werden und somit ein optimales Bild aufnehmen.

Die 1 und 18 zeigen Varianten, die eine Voll-Kardanaufhängung 12 aufweisen. Hier ist eine Drehung der Kugel-Kamera in 3D möglich, bzw. alle auf drei Raum-Achsen 44, obwohl eine vereinfachte Variante auch mit eine Teil-Kardanaufhängung 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 22 dargestellt ist, wird die Kugel-Kamera, in der der Kamera-Sensor und seine Optik angebracht sind, an einer Feder 45 befestigt, wobei an die Hohlsphären-Wand Elektromagnet-Spulen (mindestens drei Stück in 120° Winkel zu einander angeordnet), angebracht sind, die die Kugel-Kamera in beliebige Richtung drehen können. Durch das Ausüben eines Drehmoments auf der Kugel-Kamera, wird der Blickwinkel der Kamera geändert und das in der Richtung, wie das Gehäuse gedreht wird. Die Feder, 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. Wird eine der Spulen umgepolt, dann dreht sich blitzschnell auch die Kugel-Kamera in die andere Richtung. Werden die Spulen inaktiv, dann behält die Kugel-Kamera diese Position, bis eine Aktivierung/Umpolung der Spulen erfolgt, somit ist eine Dauerstromversorgung der Spulen nicht notwendig. In dem Fall wären die Sternförmig angeordneten Elektromagnet-Spulen, die die Kugel-Kamera schwenken, optimal in dem unteren Teil der Halbsphäre angeordnet, und von dort würden sie die Kugel-Kamera in beliebige Richtung schwenken/drehen.

Eine Variante, die in der 51 dargestellt ist, ist für größere eigenständige Kameras optimal geeignet. Hier ist sowohl die Kugel-Kamera, als auch die Hohlsphäre mit je einer eigenen Energie-Quelle 37 ausgestattet. Somit entfällt komplett die Stromleitung von der Kugel-Kamer in die Hohlsphäre. Die Kugel-Kamera drin „genießt” die volle Freiheit beim Drehen und wird durch nichts gestört. Sie kann in diesem Fall volle multiple Drehungen absolvieren. Eine Kommunikations-Vorrichtung 38 für drahtlose Daten-Signal-/Steuersignal-Übertragung (drahtloser Transmitter) in ein externes Gerät ist ebenso direkt in die Kugel-Kamera eingebaut. In die Hohlsphäre sind die Elektromagnet-Spulen eingebaut, die die Drehung der Kugel-Kamera bewirken. Unten kann je ein Stromanschluss 49 für das Aufladen der Energie-Quelle der Kugel-Kamera und der Hohlsphäre eingebaut werden. Die Kugel-Kamera müsste dann in eine Position gedreht werden, damit der Stift/Stromstecker 57 aus einem Netzteil 77 durch die Hohlsphäre in die Kugel-Kamera eindringen kann und damit beide gleichzeitig auflädt. Das Aufladen der beiden Energie-Quellen kann auch drahtlos über Induktions-Verfahren erfolgen. In dem Fall müsste sowohl die Kugel-Kamera, als auch die Hohlsphäre mit der passenden Induktions-/Resonanz-Spulen 50 und dementsprechenden Elektronik-Teile ausgestattet werden, damit der Stromübertragung von einer außen angebrachten Induktions-Platte 51 auf die Energie-Quelle der Kugel-Kamera und der Hohlsphäre erfolgreich stattfindet. Ein Netzteil 77 ist dabei mit der Induktions-Platte gekoppelt und versorgt diese mit der notwendigen Energie.

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 und sämtliche Elektroden wären dafür notwendig. Diese Methode wird schon bei DLP Chips (Digital-Light-Processor), bzw. als Antrieb für Mikro-Spiegel erfolgreich verwendet. Um die Ausführung wirtschaftlicher zu machen, kann man die Kugel mit elektrostatisch fest Aufgeladene Bereichen _ 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 und der elektrostatisch permanent aufgeladenen Bereichen in die Kugel, kann eine Drehung der Kugel-Kamera damit realisieren.

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 erlaubt sehr präzise Ausführung der Drehung der Kugel-Kamera, anderseits die Variante mit der lose angebrachten Kugel-Kamera oder die mit der eingebauten Spiralfeder 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. 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 auch ohne den eingebauten Dauermagneten in die Kugel-Kamera, einfach mit einem dort eingebauten Ferromagnet 41 (z. B. ein Eisen-Teil) realisiert werden. Die drei Elektromagnet-Spulen 7 in Dreieck-Formation und im unteren Hohlsphären-Bereich angeordnet, werden den kleine Ferromagnet-Körper 41, der in eine Stelle in die Kugel-Kamera 1 eingebaut ist, wechselweise anziehen und das in die Richtung, die durch die Magnetkraft der Spulen bestimmt wird. Ist die Spule A aktiv, wird die Kamera in diese Richtung gedreht (39). Wird die Spule B aktiviert, dann dreht sich die Kamera in dessen Richtung. Je nachdem wie stark das Magnetfeld der Spule B ist, wird die Kamerakugel, mehr oder weniger gedreht. Werden aber z. B. gleichzeitig die Spulen A und C aktiviert, wird dann die Kamera in eine Zwischenrichtung gedreht, also Richtung D (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 genau wie bei herkömmlichen Kamera-Träger-Geräten ohne bewegliche Kamera gerichtet ist.

Eine ultradünne und extrem flexible Leitung verbindet den Sensor mit der Elektronik und Steuerung des Hauptgeräts, in dem die Kamera eingebaut ist, über die Hohlsphäre, natürlich. 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 unten mit der Kugel-Kamera befestigt ist. Die Lichtfenster der Hohlsphäre, bzw. die Sichtfenstern sind groß genug, um den Sichtwinkel des Kamera-Sensors 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 als SteadyCam geeignet, weil viel kleiner gebaut und leichter ist. Das Antriebs-System reagiert so schnell, dass eine Verfolgung des Objekts damit sehr flüssig abläuft. Die Stör-Bewegungen werden mehr oder weniger ausgeglichen. Das System in einem SteadyCam eingebaut, 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 23 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 41 ausgestattet (z. B. Eisen, Nickel, oder eine magnetisch anziehbare Legierung), der auf der optischen Achse der Kugel-Kamera auf der Rückseite der Kugel-Kamera eingebaut ist. Auf der Hohlsphäre sind mindestens drei kleine Elektromagnet-Spulen eingebaut, die in die Wand der Hohlsphäre 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 (auf der Figur als schwarzer Punkt 46 dargestellt) in dem der ferromagnetische Teil (z. B. kleiner Stück Eisen) auf der Kugel-Kamera 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 A und B kurzzeitig aktiviert werden, dann wird der schwarze Punkt so angezogen, dass er annähernd in eine Verbindungslinie zwischen den beiden Spulen kommt. Wird die Spule C 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.

In der 22b ist eine Variante dargestellt worden, bei der anstatt des Dauermagnets, eine ferromagnetische (Eisen, Nickel, etc.) Beschichtung 47 in einem kleinen Bereich vorhanden ist, der auf die Kugel-Kamera eingebaut ist. Der Ferromagnetische Bereich 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 den 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 in eine beliebige Richtung gedreht wird. Sie weist einen Magnetring 15 oder einen magnetisierten Bereich auf. Je mehr in der Anzahl und kleiner die Elektromagneten in die Hohlsphäre eingebaut sind, desto präziser die Drehung der Kugel-Kamera 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, 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 berühren oder diese tangential streifen, haltenden Abstand zwischen der Kugel-Kamera und der Kugelpfanne/Hohlsphäre konstant und stören dabei die Drehung der Kugel-Kamera nicht.

Die 20, 30, 31 zeigen Varianten, die in einem Smartphone 25 (Mobiltelefon mit PC-Eigenschaften) eingebaut sind. 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 drehbar ist. Die Drehung erfolgt in einer oder mehreren Achsen. Multi-Achsendrehung kann auch hier durch loses Platzieren in die Hohlsphäre, eine Mini-Kardan-Aufhängung, eine Spiralfeder 52, oder durch einen berührungslosen Magnetfeld-Käfig realisiert werden. Die Stromsignalabnahme erfolgt durch eine flexible Leitung oder durch kleine Elektromagneten auch berührungslos.

Für die Verwendung in einem Smartphone, kann eine stark vereinfachte Mini-Kardanaufhängung (mit nur einem Schwenkarm) eingebaut werden (15), in der die Kugel-Kamera befestigt ist und dadurch in jede Richtung in drei Achsen schwenkbar ist. 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 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 Spulen 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 42, 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 Bildsensoren, vorzugsweise als Leuchtdioden 53 oder Laserdioden 43 eingebaut, kann dafür verwendet wird (34 oder 51). Bei der Verwendung von Laserdioden 43, 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 48 eingebaut werden. Die Integrierung der Leuchtmittel in die Kugel-Kamera bringt einige Vorteile mit sich. Egal wie die Kugel-Kamera sich dreht, die Leuchtmittel beleuchten stets korrekt die aufnehmenden Bildmotive.

Der Antrieb für die Kamera in 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 z. B. ca. 60 mal pro Sekunde erfolgt, dann kann der elektronische Verschluss die Videoaufnahme-Signale 30 mal von hinten und 30 mal von vorne aufnehmen und damit pro Sekunde 30 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-Kamera kann mit einem Magnetformation oder einem oder mehrere Multipol-Magnetringe ausgestattet werden, wobei die Elektromagnet-Spulen durch Magnet-Wanderfeld schritt für schritt eine präzise 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 einem Auslöse-Knopf eingeleitet werden), sodass kristallklare Einzelbild-Aufnahmen möglich sind. Für eine 3D-Bilderfassung sind zwei solche Kameras und Systeme in einem Träger-Gerät 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 Kugelschale/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 32 oder ein durchsichtiger Hohlzylinder, 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 54 in der Mitte ausgestattet werden, der durch eine außen statisch angebrachten Elektromagnetspule 55 angezogen wird, wobei der Zylinder 56, 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 eingebaut, der sich dann so bewegt, je nachdem wie die Elektromagnetspule 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 bei einigen Varianten auch der Flüssigkeit 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 27 und 28 zeigen Varianten, die mit einem Schall-Quelle-Erfassungs-System ausgestattet sind. Hier wird ein Richtmikrofon oder ein Stereo-Mikrofon 36 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 Träger-Geräts oder falls die Vorrichtung als eigenständiges Gerät konzipiert ist, durch ein Gerät, von dem diese Kamera drahtlos gesteuert wird, z. B. eines 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 die Kamera steht. Allerdings die Hauptaufgabe erledigt das Antriebs-System, das die berührungslose, schnelle Drehung der Kugel-Kamera ermöglicht.

Bei Bildaufnahmen oder Videoaufnahmen mit herkömmlichen Kameras, wie z. B. mit denen eines 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 gebogen gebaut werden, um die Retina des menschlichen Auges besser nachzuahmen. Die Lichtstrahlen, die von dem Linsen-System auf dem Bildsensor treffen, durch die gebogene/konkave Form des Bildsensors 58, werden stets den gleichen Abstand haben, egal ob diese in der Mitte oder leicht am Rand des Bild-Sensors treffen. Durch die gleiche Entfernung, werden in dem Fall auch kaum mehr Verzerrungen des Bildmotivs wahrnehmbar (34). Für das Herstellungs-Verfahren von solche Bildsensoren kann eine kuppen förmige Mikro-Matte aus Plastik, 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 kuppenförmiges Plastikteil, sich wieder flach biegen und so von dem Sensor ablösen.

Eine andere Variante weist einen biegbaren Bildsensor 59 auf, der elektrisch gesteuert seine Form ändern kann (31 und 44). Hier wird der Bildsensor auf elektrisch gesteuerte Polymere (z. B. elektroaktive Polymere 60/Kunststoffe) eingebettet und dann durch elektrisch Signale seine Biegungsgrad ändern. Der Bildsensor kann dabei auch in der optischen Achse beweglich gestaltet werden. Z. B. durch Einbau eines Materials, das elektrisch gesteuert sich ausdehnen kann (elektrisch dehnbare Polymer-Platte 61), das auf der Rück-Fläche des Bildsensors eingebaut ist, kann er nach vorne mehr oder weniger in der optischen Achse verschoben werden (einige Bruchteile eines Millimeters oder paar mm bei grösseren Geräten würden sich dabei reichen) und dadurch das Licht näher an den Linsen 85 empfangen (bei Nahaufnahmen). Auf diese Weise können Autofokus-Einstellungen optimiert werden (52), Durch die Kombination von Bewegung des Bildsensors auf der optischen Achse und seine Biegungsgrad-Änderung kann man die Autofokus-Einstellungen und Zoom-Funktionen unterstützen. Die Linsen müssten in diesem Fall gar nicht oder nur geringfügig bewegt werden. Anstatt von herkömmlichen Bildsensoren, denkbar ist auch der Einsatz von Bio-Bildsensoren oder organische Bildsensoren 88. Solche Bildsensoren erzeugen kaum Bildrauschen und liefern sehr klare Bilder.

Für die Starrhaltung der Kugel-Kamera, als zuverlässig erweisen sich auch kleine elektrisch bremsbare Kugellager, die aus Dauermagnet-Mikro-Kugeln 62 bestehen, die zwischen dem Hohl-Sphären-Gehäuse und der Kugel-Kamera eingebaut sind (34). Die Mikro-Kugeln rollen ungehindert weiter, bis diese elektromagnetisch von einer Elektromagnet-Spule 63 angezogen bzw. angeordnet werden und somit sofort gestoppt werden, wobei direkt durch die Erhöhung der Reibungskraft auf die Kugel-Kamera, auch diese gestoppt wird. Solange die unter die Roll-Kügelchen 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 Mikro-Kugeln, die aus einem Dauermagneten bestehen sind leicht zu steuern. Sobald deren Spule aktiviert wird, nehmen diese eine magnetische Anordnung anhand der Magnetfeldlinien der Elektromagnet-Spule, die direkt unter denen sich befindet und stoppen sich automatisch. Die Elektromagnet-Spule kann einen ferromagnetischen Kern 64 mit einer kleinen Spitze 65 haben, in der das Magnetfeld konzentriert aufgebaut wird (51). Sobald die elektromagnetische 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 aus Dauermagneten bestehen müssen. Es reicht voll aus, wenn eine oder ein paar von Kügelchen elektromagnetisch gesteuert bremsbar sind, die anderen können einfache inaktive Kunststoff-Kügelchen 66 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. Anstatt durch elektrische Vorrichtungen, kann man eine Fixierung der Kamera auch durch einen einfachen mechanischen Schalter 89 erreichen (35).

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.

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 in die Hohlsphäre 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 7 überschneiden sich mindestens an zwei Punkten. Die imaginäre Linie, die diese beiden Punkte verbindet bildet eine der aktiven Drehachsen 67 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 einen Winkel, z. B. 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 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 von einer Spule zu Nachbar-Spule weiter, bzw. dreht sich und damit auch die Kugel-Kamera.

Die Varianten, die in einem Smartphone eingebaut sind, können so konzipiert werden, dass die Kugel-Kamera zusätzlich in der optischen Achse 24 rotierbar ist (37, 45, 48). 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 69 (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) sind eine oder mehrere Elektromagneten 70 notwendig, die diesmal in die Kugel-Kamera drin eingebaut sind. Durch die Umpolung der Elektromagneten, kann das Gewicht um 90° in eine oder andere Richtung bewegt werden (37, 45). Der Elektromagnet weist einen Ferrit- oder Eisenkern 71 auf, an dem der Gewichtskörper 69 haftet, wenn er diesen berührt, auch wenn die Spule 70 abgeschaltet wird. Erst bei einer Umpolung der Spule und deren Aktivierung wird der Dauermagnet 69 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 90 sind total 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 oder Ferromagnet-Körper 72 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 erzeugt, der das Magnet-Feld von Spule zu Spule durch Stromsteuerung ab und aufbaut.

Die 42 und 49 zeigen Varianten, wobei anstatt von Elektromagnetspulen, elektroaktive Polymer-/Kunststoff-Elemente 73 für die Drehung der Kugel-Kamera eingebaut sind. Diese Elemente sind in der Lage unter Strom ihre Form, bzw. ihre Länge zu ändern. Sie sind hier vorzugsweise in Form von Spiralfedern 74 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 einbauen, wobei an deren Drehachsen die elektroaktive Kunststoff-Spiralfeder 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. Die elektroaktiven Elemente sind doppelschichtig (je eine elektroaktive Polymer-Schicht 75 auf jede Fläche) mit einer Isolationsschicht 76 dazwischen in Form einer Spirale gestaltet. 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. Die Spirale kann so gesteuert werden, dass wahlweise ihre Außenschicht oder Innenschicht angesteuert wird. Je nachdem welche der elektroaktiven Polymer-Schichten angesteuert wird, so ist die Drehung der Spirale. Diese Methode funktioniert ähnlich wie die früheren Bimetall-Thermometern, die eine Bimetall-Spiralfeder drin hatten, die sich abhängig von der Temperatur mehr oder weniger sich ausgedehnt hat und in der Mitte der Spiralfeder einen Drehmoment erzeugt hat, der ausreichend war einen Zeiger hin und her zu drehen und damit die korrekte Temperatur anzuzeigen.

Die Kamera, insbesondere die mit dem berührungslosen Elektromagnet-Wanderfeld-Antrieb, ist in der Lage sehr schnelle Schwenkungen zu absolvieren. Durch sehr kleine Schwenkungen kann man sogar mit nur einer Kamera 3D-Bilder aufnehmen. Zuerst wird ein Bild aus einer Position aufgenommen, dann wird die Kugel-Kamera nur leicht und schnell geschwenkt, wobei ein weiteres Bild aufgenommen wird. Das zu fotografierendes Objekt wäre dann quasi aus zwei, wenn auch nur geringfügig verschiedene Perspektiven aufgenommen. Aufnahmen mit kleiner Verschiebung, wenn diese auch nur paar Bruchteile eines Millimeters oder paar Millimeter betragen, 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 Umkehr-Position, 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 oder Puls-Signale erzeugt, das an die Spulen weitergeleitet wird, zu erzeugen. Mit Software-Unterstützung wäre möglich die Bilder aus der linken und rechten Umkehr-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 einer 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 der 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 auch mit wenigen Elektromagnet-Spulen optimal 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.

Selbstverständlich kann das Antriebs-System, bzw. das Kamera-System, das hier beschrieben ist, als eigenständiges Gerät oder im anderen Geräte eingebaut werden. Kompakte- oder Spiegelreflex-Digital-Kameras, Drohnen, Webcams, Überwachungs-Kameras, Fahrzeugkameras, Notebooks, Tablett-PC-s, Roboter, Daten-Brillen, Industrie- oder Medizin-Sonden, etc. können damit ausgestattet werden.

Mit der Kugel-Kamera kann neben der Beleuchtung, auch als eine Art Markierer eine zusätzliche Laserdiode gekoppelt werden, die einen Punkt in der Mitte des Bildmotivs kurzzeitig abgibt. Auch eine IR-Laserdiode 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. 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
Hohlsphäre Kugelschale
3
Flüssigkeit
4
Lichtfenster
5
Kammer/Zwischenraum
6
Bildsensor
7
Elektromagneten/Elektromagnetspulen
8
Hohlsphären Wand
9
flexible Leitung
10
Magnetbereichen
11
Dauermagnet
12
Voll-Kardanaufhängung
13
Ziel/Bildmotiv
14
Steuerung/Steuereinheit
15
Magnetring
16
magnetisierter Bereich
17
Zweiachsen-Kardanaufhängung
18
Arm
19
Gelenke
20
Elektromagnet für Blockierung der Kardanaufhängungs-Achse
21
Stift
22
Feder
23
Verzahnung
24
optische Achse der Kamera
25
Mobiltelefon
26
Lagesensor
27
Rückseite (des Mobiltelefons)
28
Vorderseite (des Mobiltelefons)
29
elektroaktive Polymer/Kunststoff
30
Rand des Lichtfensters
31
Ring (aus Metall)
32
Kuppe
33
Elektromagnetspule für die Kuppe
34
elastische Stelle oder Membran an Hohlsphäre
35
Soundsteuerung
36
Stereo-Mikrofon/Richtmikrofon
37
aufladbare Energie-Quelle
38
Drahtlose Schnittstellen oder Transmitter/Bluetooth, WLAN
39
Ruhe-Position-Dauermagnet
40
Ferromagnet-Bereich oder Ferromagnet-Körper für Rückstellung
41
Ferromagnet-Körper für den Antrieb
42
Beleuchtungselemente
43
Laserdiode
44
Raum-Achsen
45
Feder
46
schwarzer Punkt
47
ferromagnetische (Eisen, Nickel, etc.) Beschichtung
48
IR-Laserdiode
49
Stromanschluss
50
Induktions-/Resonanz-Spulen
51
Induktions-Platte
52
Spiralfeder
53
Leuchtdioden
54
ferromagnetischer Ring
55
Elektromagnetspule für den Ring
56
Zylinder
57
Stromstecker
58
gebogener Bildsensors
59
biegbarer Bildsensor
60
elektroaktive Polymere
61
elektrisch dehnbares Polymer
62
Dauermagnet-Mikro-Kugeln
63
Elektromagnet-Spule für die Kugeln
64
ferromagnetischer Kern
65
Spitze an den ferromagnetischen Kern
66
Kunststoff-Kügelchen
67
Drehachse
68
Magnetfeld/Magnetfeldlinien
69
kippbares Gewicht/Dauermagnet
70
Elektromagneten in die Kugel-Kamera
71
Ferrit- oder Eisenkern
72
Punkt oder Körper mit Ferromagnet-Eigenschaften (Eisen, o. ä.)
73
elektroaktive Polymer-/Kunststoff-Elemente
74
Spiralfedern aus elektroaktive Polymere
75
elektroaktive Polymer-Schicht
76
Isolationsschicht
77
Netzteil
78
Magnetring für die Linse
79
Elektromagnetspule für die Linse
80
elastische Membrane für die Linse
81
Linse für die Laserdiode
82
Membran-Falten
83
Laserdioden-Gehäuse
84
Lichtachse
85
Kamera-Linse
86
Borsten
87
Schwammkörper
88
Organischer Bildsensor
89
Mechanischer Schalter
90
Mit Dotierverfahren hergestellte Spulen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • GB 2439346 [0005]
  • JP 080272446 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • Standard-Position schwenkt [0059]
  • Standard-Position kann [0059]