Title:
Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung ist ein Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera. Das System ermöglicht stets perfekt horizontal oder vertikal ausgerichtete Video- oder Bild-Aufnahmen, egal wie man die Digitalkamera oder das Mobiltelefon hält. Die Erfindung ist eine neuartige Digitalkamera mit einem drehbaren Erfassungsfeld im Bildsensor, der sich nicht wirklich mechanisch dreht, sondern lediglich die aktive Sensorfläche durch gezielte Ein- und Ausschalten der Pixel „drehbar” ist. Das System ist vorzugsweise für Mobiltelefone (sogenannte Smartphone) oder Tablett-PC-s, optimal geeignet. Die „Rotation” der aktiven Sensor-Fläche erfolgt elektronisch und durch den Schwerkraftsensor gesteuert.





Inventors:
gleich Anmelder
Application Number:
DE102017000774A
Publication Date:
11/16/2017
Filing Date:
01/27/2017
Assignee:
Merlaku, Kastriot, 80995 (DE)
International Classes:
H04N5/345; G03B5/00
Foreign References:
EP03021081993-03-10
EP03850791990-09-05
52626301993-11-16
EP10226002000-07-26
Claims:
1. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einer Steuerung, die mit dem Bildsensor der Digitalkamera und mit einem eingebauten Lage-Sensor/Gyrosensor gekoppelt ist, die den Bildsensor so steuert, dass abhängig von den Informationen des eingebauten Lagesensors/Gyrosensors, dessen Signale von der Steuerung ausgewertet werden, einen Aufnahme-Aktives-Bild-Sensorbereich auf dem Bildsensor erzeugt, der durch gezielte Ein- und Ausschaltung der einzelnen Bildsensor-Pixeln/-Zellen des Bildsensors der Digitalkamera erzeugt wird, der um die optische Achse drehbar/wanderbar ist, besteht.

2. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnahme-Aktives-Bild-Sensorbereich auf dem Bildsensor ein rechteckiges Bereich aus aktiven Bildsensor-Pixeln bildet.

3. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehung des Aufnahme-Aufnahme-Aktives-Bild-Sensorbereich auf dem Bildsensor keine mechanische Drehung ist, sondern eine elektronische Steuerung des Bildsensors ist, die durch dementsprechenden Ein- und Abschalten der betroffenen Bildsensor-Pixeln/-Zellen elektronisch erfolgt.

4. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bildsensor-Fläche etwas grösser als die fokussierte Lichteinfalls-Fläche gebaut ist.

5. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bildsensor rechteckig, oval oder rund gebaut ist.

6. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bildsensor rund gebaut ist und eine kreisförmige Fläche aufweist.

7. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ansteuerung der einzelnen Pixeln/Bildsensor-Zellen aus denen am Rand angebrachten Schnittstellen und/oder aus der Rückseite des Bildsensors erfolgt.

8. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es eine aktive Wander-Bildsensor-Fläche durch gezieltes Ein- und Ausschalten der Bildsensor-Zellen/-Pixeln aufweist.

9. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Software und/oder Hardware gesteuert ist.

10. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor gebogen oder konvex-förmig gebaut ist.

11. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor konkav-förmig gebaut ist.

12. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Linsen-Systeme vorhanden sind, die das Licht aus verschiedenen Perspektiven auf verschiedene Bereiche oder auf den gleichen Bereich auf dem Bildsensor das Licht fokussieren.

13. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtstrahlen, der Linsen-Systeme an einem Punkt vor dem Bildsensor sich überkreuzen.

14. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass pro Linsen-System, das, außerhalb einer zentralen optischen Achse die Lichtstrahlen in Richtung des Bildsensors abgeben, mindestens ein Lichtablenk-Element eingebaut ist, das die Lichtstrahlen an einem gleichen Bildsensor-Flächen-Bereich ablenkt, sodass unabhängig aus welchem Linsen-System die Lichtstrahlen ankommen, stets der gleiche Bildsensor-Bereich mit Licht bestrahlt wird.

15. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach Patentanspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lichtablenk-Element ein kleiner Spiegel oder optische Prisma ist.

16. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera,
nach einem der Patentansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linsen-Systeme mit separat steuerbaren Blenden versehen sind.

17. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor ein organischer Bildsensor ist.

18. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsen-System der Kamera vorzugsweise ein kreisförmiges Bild auf der Bildsensor-Fläche projiziert.

19. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende vor der Kamera-Linse eine elektrisch steuerbare Scheibe ist, dessen Lichtdurchlässigkeit elektrisch gesteuert ist.

20. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der Patentansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden vor den Linsen in Reihenfolgen steuerbar sind.

21. Bild-Ausrichtungs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art, vorzugsweise für eine Mobiltelefon-Digitalkamera, nach einem der Patentansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitige Videoaufnahmen aus verschiedenen Perspektiven, aus Einzel-Bildern in Reihenfolge bestehen, die dementsprechend zusammengesetzt in eine Videoaufnahme gehören, die von der dementsprechenden Linse erzeugt sind.

Description:

Die Erfindung ist eine neuartige Digitalkamera für Mobiltelefone (sogenannte Smartphone) oder Tablett-PC, die mit einem Rotations-System für den Bildsensor-Erfassungsbereich ausgestattet ist, wobei der aufzunehmende Bildsensor-Bereich nicht starr, sondern „durch gezielte Ein- und Ausschalten der einzelnen Pixeln rotierbar” um die optische Achse, abhängig von der Lage der Digitalkamera/Mobiltelefons ist. Das System dreht das Bild in Zusammenspiel mit einem im Smartphone/Mobiltelefon eingebauten Lage-/Schwerkraftsensor und ermöglicht stets perfekt horizontal oder vertikal ausgerichtete Video- oder Bild-Aufnahmen, egal wie schräg man die Digitalkamera oder das Mobiltelefon hält. Es handelt sich hier um ein System für eine Digitalkamera, das insbesondere für eine Mobiltelefon-/Smartphone-Digitalkamera sowie Drohnen oder Fahrzeugkameras optimal geeignet ist.

Heutzutage sind smarte Mobiltelefone, sogenannte Smartphone sehr weit verbreitet. Die Ausstattung wird immer besser und die Funktionen immer mehr. Eine der wichtigsten Funktionen ist die eingebaute Digitalkamera, bzw. Digitalkameras (es sind in der Regel immer zwei Digitalkameras drin: eine für die Vorderseite und die andere auf der Rückseite). Damit können sowohl Videos, als auch Fotos in hoher Qualität gemacht werden. Das Mobiltelefon hat fast jeder immer dabei und damit werden auch viele Bilder oder Videos gemacht. Allerdings bemerken viele später beim Betrachten, dass die Bilder entweder nicht optimal gerade, sondern etwas schief gemacht worden sind, oder dass die Videos um 90° gedreht sind. Das kann man aber nachhinein mit Hilfe von Bildbearbeitungs-Programmen korrigieren, allerdings bei Videos sieht die Sache mit der Korrektur nicht so einfach aus. Vor allem wenn man tolle Videos draußen gedreht hat und dann Zuhause die Bilder auf dem TV-Gerät betrachten möchte, merkt man das diese statt im Breitformat, im Hochformat aufgenommen wurde, wobei nur ein kleiner Bereich von dem Video im TV zu sehen ist, begleitet von breiten schwarzen Balken an beiden Seiten. Auf dem TV-Gerät oder Beamer sieht dann das schmale Video überhaupt nicht gut aus. Eine Vorrichtung, die in einem Handy eingebaut wäre, der das Bild abhängig von der Lage automatisch immer korrekt ausrichtet wäre eine tolle Sache, die die Nutzer sehr zu schätzen gewusst hätten.

Eine Kamera, die in der optischen Achse rotierbar ist, wird in der Anmeldung 10 2016 004 664.3 (Antriebs-System für eine Digitalkamera beliebiger Art) beschrieben. Hier wird der Bildsensor, bzw. die kompakt eingebaute Kamera in der optischen Achse komplett gedreht und somit perfekt ausgerichtete Aufnahmen erzeugt. Die Drehung des Bildsensors, bzw. der Kamera-Gehäuse erfolgt mechanisch oder elektromagnetisch.

Eine Kamera-Stabilisierungs-Vorrichtung ist aus der EP 0 302 108 B1 bekannt. Bei dieser bekannten Kamera ist der Optik-Träger eine stabilisierte Plattform, auf der die einen ersten Schwenkspiegel und einen zweiten Schwenkspiegel umfassende Kameraoptik angeordnet ist.

Auch in der EP 0 385 079 A2 ist eine stabilisierte Kamera beschrieben. Diese Kamera weist ein um eine Vertikalachse und eine Horizontalachse stabilisiertes Spiegelteleskop auf, das in einem Kettenfahrzeug angeordnet werden soll.

Die US 5,262,630 offenbart eine Kamera, bei der eine Spiegelanordnung zum Scannen des Bildfelds gedreht werden kann. Darüber hinaus ist diese Kamera als Einheit in unterschiedliche Richtungen ausrichtbar.

Die Anmeldung EP1022600 A1 beschreibt einen Kamera-Stabilisator, in dem drehbare Teile eingebaut sind, wobei Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine stabilisierte Kamera zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Stabilisierung und/oder erweiterte Ausrichtmöglichkeiten aufweist.

Es gibt Mobiltelefone und auch Notebooks, wobei die Kamera mechanisch drehbar ist, wobei Aufnahmen aus der Vorder- und Rückseite machbar sind. Es reicht wenn man per Hand die Kamera, die in einem Rahmen eingebaut ist, nach hinten oder nach vorne schwenkt, um die gewünschte Aufnahme-Position einzustellen und damit dann Aufnahmen zu machen. Allerdings können diese Kameras nicht in die optische Achse gedreht werden, geschweige von einer automatischen Drehung und Selbstausrichtung.

Der in den Patentansprüchen 1 bis 21 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Digitalkamera in einem kleinen tragbaren Gerät, vorzugsweise in einem Mobiltelefon oder eine Flugdrohne so zu konzipieren, dass die Bildaufnahmen/Videoaufnahmen automatisch optimal ausgerichtet erfolgen, schon vor/während der Aufnahme-Vorgangs, wobei die Ausrichtung unter anderen durch einen im Mobiltelefon eingebauten Schwerkraftsensor/Lagesensor/Gyrosensor gesteuert wird.

Dieses Problem wird mit dem in den Patentansprüchen 1 bis 21 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

  • – die Bild-/Videoaufnahme wird optimal erledigt, wobei die Bilder oder Videos stets automatisch auf eine perfekte Lage ausgerichtet werden,
  • – die Drehung der Bilder oder Videos erfolgt schnell und voll automatisch, schon vor der Aufnahme-Vorgang, unabhängig davon wie das Mobiltelefon gehalten wird (nur waagerecht liegend sollte das Mobiltelefon nicht gehalten),
  • – ebenso automatisch erfolgt die Erkennung und Drehung der Bilder-/Videos, schon vor der Aufnahme, gesteuert von dem Lagesensor/Schwerkraftsensor/Gyrosensor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 17 erläutert. Es zeigen:

1 das Bild-/Video-Rotations-System in einem Mobiltelefon,

2 eine Variante bei der der aktive Bildsensor-Bereich um die optische Achse drehbar ist,

3 eine Variante mit einem gebogenem/konkaven Bildsensor,

4 eine Variante mit mehrere Linsen-Systeme,

5 zeigt eine Variante, wobei die Linsen-Systeme egal aus welchem Winkel das Licht auf dem Bildsensor bringen, stets den gleichen Bildsensor-Bereich mit dem Licht treffen,

6 den Einbau von Lichtablenkelementen,

7 bis 11 zeigen Varianten mit einem runden Bildsensor,

12 eine Variante mit einen runden Projektionsbereich,

13 eine Drohne mit der speziellen Kamera,

14 das Gyroskop-Element,

15 eine Kleinbildkamera mit der neuen Kamera-System,

16 einen Bildsensor mit kreisförmige Anordnung der Pixeln,

17 eine Blenden-Ausführung mit LCD-Bildschirme.

Die Digitalkamera 1, das bedeutet der Bildsensor 2, seine Elektronik-Bauteile 3, Steuerung 24 und seine optische Begleitelemente 4, sind wie üblich in einem kleinen Gehäuse 5 angebracht, wobei das Gehäuse starr oder beweglich mit dem Träger-Gerät (z. B. Mobiltelefon 6) gekoppelt ist. Bedingt durch die Lage des Träger-Geräts (hier das Mobiltelefon) werden die Bilder oder Videos schon vor der Aufnahme um die optische Achse 7 der Digitalkamera optimal ausgerichtet, bzw. mehr oder weniger gedreht, je nachdem wie das Träger-Gerät/Mobiltelefon während der Aufnahme steht. Mit der optischen Achse 7, ist die Achse gemeint, die eine imaginäre Linie darstellt, die von der Mitte eines zu fotografierenden Bildmotivs, durch das Zentrum der Linsen 8 bis zu Mitte des Bildsensors 2 verläuft. Die „Drehung”, bzw. die optimale Ausrichtung der Bilder/Videos erfolgt Software/Hardwaregesteuert unmittelbar vor der Aufnahme. Auf dem Display 23 des Mobiltelefons sieht man auf der 1a die erfindungsgemäß ausgerichtete Aufnahme, trotz der Schräghaltung des Mobiltelefons. Auf der 1b ist die gleiche Aufnahme ohne Ausrichtungs-System.

Die zweite Variante weist einen größeren Bildsensor auf, dessen aktiver Bereich 9, der Aufnahmebereit ist, variabel ist. Das von der Linse drauf projizierter Licht-Bereich, wird nicht statisch wie bisher aufgenommen, sondern der Aufnahmebereich ist dynamisch änderbar. Je nachdem wie der Lagesensor 10 (oder der Gyrosensor 11 z. B. bei einer Drohne 12 oder Roboter) die Informationen liefert, so wird auch der Aufnahmebereich in dem Bildsensor gesteuert verändert. Die Steuerung erfolgt so, dass die Bild-/ oder Videoaufnahme stets optimal ausgerichtet erfolgt. Somit ist der aktive Bereich in dem Bildsensor um die optische Achse 7 drehbar. Optimal wäre ein rund gebauter Bildsensor. Der aktive Bereich wäre dann trotzdem ein Rechteck 13, der sich aber stets abhängig von der Lage des Mobiltelefons (des Roboters, oder der Drohne beim Einbau in einer Drohne) optimal ausrichtet. Das Bild wäre dann z. B. stets gerade, egal wie schief man das Mobiltelefon halten würde, weil anhand der Lagesensor-Informationen der aktive Bild-Sensor-Bereich 9 danach sich ausrichten würde, und das vor der Aufnahme. Auch die automatische Erkennung von Video-/Bildaufnahme funktioniert in diesem Fall und liefert keinen falsch ausgerichteten Videos. Im Videomodus wären dann stets breit ausgerichtete Videos aufzunehmen, egal wie schräg oder senkrecht das Mobiltelefon beim Aufnehmen gehalten wird. Die Ausrichtung erfolgt nicht mechanisch, sondern elektronisch, durch gezielte Ein- und Ausschalten der einzelnen Pixel (oder gruppenweise Pixel-Steuerung) des Bildsensors, über eine Steuerung 24, die mit dem Lagesensor 10 oder einem Gyrosensor 11 gekoppelt ist bzw. korrespondiert.

Die Drehung des Mobiltelefons dabei spielt keine Rolle, weil dadurch, dass das aktive Bereich in dem Bildsensor frei „drehbar” ist, richtet sich diese stets optimal aus. Die Ausrichtung erfolgt automatisch, abhängig davon, ob man in dem Menü des Mobiltelefons die Standbild- oder Videoaufnahme-Funktion gewählt hat. Sobald die gewünschte Video-Aufnahme-Funktion gewählt wurde, wird der aktiver Bildsensorbereich breit und stets horizontal gerichtet, egal wie das Mobiltelefon gehalten wird. Abhängig von dem gewählten Aufnahme-Modus, ob Video oder Einzelbildaufnahme, richtet sich blitzschnell der Bildsensor-Bereich so auf, dass bei Bildaufnahmen stets perfekt senkrecht gerichtete Bilder aufgenommen werden, egal wie schräg man das Mobiltelefon hält und bei Videoaufnahmen stets im waagerechten Position, auch egal wie man das Mobiltelefon hält. Selbstverständlich ist diese Digitalkamera auch mit einer Abschaltfunktion für die Automatische Bild-Drehung ausgestattet. Falls die Funktion abgeschaltet wird, dann wird die Drehfunktion des aktiven Bildsensor-Bereichs der Digitalkamera blockiert. Dadurch verhält sich praktisch die Digitalkamera wie bei herkömmlichen Mobiltelefone. Das Abschalten kann durch einen kleinen mechanischen Schalter oder über Bildschirm-Touch-Funktion, oder Sprach-Befehl erfolgen.

Man kann zwar die Bilder auch nachhinein per Software korrigieren, allerdings können dabei Qualität- oder Bild-Bereich-Verluste auftreten. Auf der 1 ist das gedreht fotografiertes Bildmotiv mit dem Ausrichtung-System dargestellt. Hier sieht man, dass trotz der Schräghaltung des Mobiltelefons, das Bild gerade senkrecht optimal aufgenommen wird. Unten auf dem Bild 1b ist die Aufnahme des gleichen Motivs und bei gleicher Schräghaltung des Mobiltelefons dargestellt. Hier sieht man, dass die Aufnahme diagonal erfolgt und eine späte Ausrichtung durch Software nur mit Kantenschnitte möglich ist, was zu Verlust der Bildbereiche führt. Zudem bei Videoaufnahmen ist es nachhinein per Software nicht mehr möglich eine optimale Ausrichtung zu erreichen, ohne dass dabei Bereiche weggeschnitten werden. Die Erfindung ist interessant, weil egal wie gerade oder schräg man das Smartphone (oder die Drohne im Flug steht) beim Fotografieren hält, stets gute gerade Bilder entstehen, wenn diese Funktion aktiviert ist. Im Videomodus wird der aktive Bereich des Bildsensors so „gedreht”, dass die Aufnahmen perfekt waagerecht entstehen, sodass man keine Fehler mehr mit der unterschiedlichen Haltungen der Smartphone bei Video- oder Bildaufnahmen macht. Zu erwähnen ist, dass eine mechanische Drehung des Bildsensors nicht stattfindet. Lediglich der aktive Bereich z. B. in Form eines Rechteckes 13 wird um die optische Achse 7 „gedreht”. Es sind die aktiven Pixeln auf dem Bildsensor, die diese „Drehung” veranstalten. Das wird so erreicht, dass abhängig von der Lage des Mobiltelefons (oder der Digitalkamera), ermittelt durch den Lagesensor (oder Gyrosensor bei Drohnen/Roboter), der aktive Bildsensor-Bereich in Form eines drehenden Rechteck Bereichs 13 „rotierend wandert”. Eine echte Wanderung oder Drehung findet nicht statt, weil der Bildsensor fest, unbeweglich eingebaut ist. Das muss man vielmehr wie ein Lauflicht vorstellen. Das Licht in einer Lauflichtkette läuft auch nicht wirklich, sondern durch gezielte Ein- und Ausschalten der einzelnen Lichter wird der Eindruck eines laufenden Lichtes vermittelt. So ähnlich läuft auch hier der aktive Pixel-Bereich auf dem Bildsensor, bzw. er dreht sich um die optische Achse, in Korrelation mit dem Lage-Sensor des Mobiltelefons oder Gyrosensor der Drohne (Roboter, Fahrzeug, Überwachungs-Kamera, Webcam, etc.), je nachdem, wo die Kamera eingebaut ist. Eine kreisförmige Aufbau des Bildsensors 2 wäre optimal, weil drin ein „drehender” Rechteck 13 stets verlustfreie/schnittfreie Bilder oder Videos liefern würde. Das muss man zum Vergleich einfach so vorstellen: wenn ein Beamer auf eine Leinwand um die optischen Achse gedreht wird, dann wird das Bild auf dem Leinwand auch gedreht, ohne dass die Leinwand sich bewegen würde. Allerdings sollte dabei die Leinwand grösser sein als das projiziertes Bild, weil dann beim Drehen, die Kanten der Projektion außerhalb geraten wären und somit geschnitten. Wenn die Leinwand aber rund wäre und das projizierte Rechteck einmal drin komplett passen würde, wäre beim Drehen des Rechteckes kein Verlust zu verzeichnen, weil das Rechteck stets komplett hineinpassen würde, egal wie es um die optische Achse gedreht wäre. Zudem der Mittelpunkt des Rechtecks und der kreisförmigen Leinwand bzw. der Punkt um den das Rechteck sich dreht, der gleiche ist.

Selbstverständlich kann das Bildsensor-„Dreh”-System in jede beliebige Digitalkamera eingebaut werden, oder in jedem Gerät, das mit einer Digitalkamera ausgestattet ist. Der Einsatz wäre z. B. in auch Datenbrillen, Handy-Uhren mit eingebauter Digitalkamera, Tablett-PCs, Notebooks, in Drohnen-Digitalkameras, Roboter-Kameras, oder auch in Fahrzeugen denkbar.

Der Bildsensor muss nicht unbedingt flach sein, sondern er kann leicht konkav gebaut werden, um die Retina des menschlichen Auges besser nachzuahmen. In dem Fall wären auch kaum mehr Verzerrungen des Bildmotivs wahrnehmbar. Für die Herstellung eines solchen Bildsensors, können Kunststoffe mit einem Memory-Effekt sehr gut verwendet werden. Sobald die Dotierung abgeschlossen ist, und die physikalische Festigkeit des Sensors erreicht ist, wird das kuppen-förmiges Plastikteil, sich wieder flach biegen und so von dem Sensor ablösen.

Auf der 3 ist eine Variante mit einem konkav gebogenem Bildsensor 15 dargestellt worden. Hier können die Lichtstrahlen verzerrungsarm dargestellt werden. Auch hier ist die Drehung des Aufnahme-Aktiven Bereich 9 (bzw. des Rechtecks 13) relativ einfach und erfolgt durch gezielte Ein- und Abschaltung der Bildsensor-Pixeln/-Zellen.

Die 4 und 5 zeigen Ausführungen mit mehreren Linsen-Systeme. Vorzugsweise kann auch hier ein konkav gebogenere Bildsensor 15 eingebaut werden, um Lichtverzerrungen zu vermeiden. Die Lichtstrahlen der Linsen-Systeme treffen sich vor dem Bildsensor an einem gemeinsamen Punkt, bzw. überkreuzen sich. Auf diese Weise kann der Erfassungswinkel der Kamera weitgehend erhöht werden, bzw. eine virtuelle Kamera-Drehung erreicht werden, ohne dass diese sich dabei wirklich dreht. Die Aktivierung der aktiven Sensor-Bereiche kann in Zusammenspiel mit der Blenden-Steuerung der Linsen erfolgen. Wird eine Blende 16 einer Linse 8 oben rechts geöffnet, dann wird der dementsprechender Bildsensor-Bereich aktiviert und aus diesem Winkel auch die Bild-/Videoaufnahme erfolgen. Die anderen Blenden von anderen Linsen-Systeme bleiben dabei geschlossen. Man kann drei oder mehr Linsensysteme integrieren. Bei neun Linsensystemen wäre der Erfassungswinkel weitgehend grösser und durch gezielte Aktivierung bzw. Öffnung und Schließung der Linsen-Blenden in Form einer „Wander-Aktivierung” hätte man den Eindruck, die Kamera würde eine Bewegung verfolgen, bzw. sich rotieren, obwohl diese mechanisch starr eingebaut ist.

Die 5 zeigt eine Variante mit mehrere Linsen-Systeme, wobei die Linsen-Systeme egal aus welchem Winkel das Licht auf dem Bildsensor bringen, stets den gleichen Bildsensor-Bereich mit dem Licht treffen. Dafür kann pro Linsen-System je ein Lichtablenkelement 17 eingebaut werden (6), der die Lichtstrahlen auf dem Bildsensor ablenkt. Vorzugsweise ist das Lichtablenk-Element ein kleiner Spiegel oder optischer Prisma. Das Abbild wird bei Spiegel-Ablenkelementen spiegelverkehrt, verglichen mit dem zentralen Linsen-System, das keine Lichtablenkelemente aufweist, entstehen, allerdings durch Software kann das wieder in Ordnung gebracht werden und richtig dargestellt werden, bzw. aufgenommen werden. Die Ablenkelemente werden so angeordnet, dass die Lichtstrahlen stets aus dem gleichen Einfall-Winkel auf der Bildsensorfläche abgelenkt werden.

7 bis 11 zeigen Varianten mit runden Bildsensoren 18. Hier auf der Bildsensor-Fläche kann das rechteckiges aktives Bereich beliebig rotieren. Weil dessen Ecken innerhalb der Bildsensor-Rand bleiben, kann das beliebige Rotieren verlustfreie Aufnahmen ermöglichen. Bei eine runden Bildsensor ist es bisschen komplizierter mit der Adressierung der einzelnen Pixel/Bildsensor-Zellen, ist allerdings mit heutiger Technologie leicht lösbar. Am Rande des Bildsensors kann eine ringförmige Leiste 19 angebracht werden, die mit den Schnittstellen für die Pixel-Ansteuerung ausgestattet ist. Zudem kann bei Bedarf auch eine Ansteuerung und Schnittstellen aus der Bildsensor-Rückseite realisiert werden. Auch kreisförmig gebaut, weist der Bildsensor trotzdem Reihen und Zeilen von Pixeln auf. Sie können zwar in konzentrischen Kreisen 20 angeordnet werden und auch so gesteuert werden, allerdings allgemein gesehen auch eine konzentrische Pixel-Anordnung kann Reihen und Zeilen wie bei einem Rechteck-Bauform bilden, die problemlos steuerbar sind (16). Zu erwähnen ist, dass der Bildsensor auch kreisförmige Bilder mit runden Projektionsbereich 25 aus der Linse erstellen kann (12 oder 16), die dann von dem Lagesensor (oder Gyrosensor bei Drohnen/Roboter) beeinflusst, korrekt ausgerichtet werden und Software-Gesteuert passend rechteckig „geschnitten” auf dem Display dargestellt oder gespeichert werden. Die Linse liefert hier einen runden Projektionsbereich 25 auf dem Bildsensor und nicht eine rechteckige Projektion, wie üblich bei Kameras der Fall ist. Der rechteckige Bereich wird in der Regel durch Blenden vor den Linsen erstellt. Hier für einen solchen Zweck kann eine Blende mit eine runden Öffnung verwendet werden. Der Schnitt in rechteckige Form erfolgt elektronisch durch aktiven Pixelbereich auf dem Bildsensor, der einen rechteckigen Bereich bildet. Das alles erledigt die Hard- und Software der Kamera blitzschnell schon während der Aufnahmen, sodass der Benutzer nichts davon mitkriegt. Alles was zu sehen wird, sind perfekt ausgerichtete Aufnahmen, egal ob im Video- oder Einzel-Bild-Modus.

Alle diese Systeme sind optimal auch für andere Geräte, die mit einer Kamera ausgestattet sind, wie z: b. Drohnen, Roboter, Fahrzeuge aller Art, Überwachungskameras, etc. geeignet. Insbesondere die Flugdrohnen und Roboter können davon sehr profitieren (13). Auch wenn diese in eine instabile Fluglage geraten sollen (z. B. durch Seitenwinde), werden dabei die Aufnahmen perfekt stabilisiert. Voraussetzung ist, dass die Drohne einen Lagesensor oder einen Gyrosensor aufweist. Ebenso ein Gyro-Körper 21 wie z. B. eine schnell drehende Scheibe in einer frei drehbaren Aufhängung (Kardanaufhängung 22), kann hilfreich sein. Diese würde stets ihre eigene Drehachse beibehalten und eine Drehung der Drohne oder des Mobiltelefons exakt erfasst wäre, was die Position des aktiven Sensorbereichs des Bildsensors präziser bestimmen bzw. ansteuern kann (14).

Das Linsen-System der Kamera soll am besten eine kreisförmige Projektion auf die Bildsensor-Fläche abliefern. Durch den rechteckförmigen aktiven Bereich auf dem Bildsensor wird das Bild dann rechteckig aufgenommen. Je nachdem wie die Kamera bzw. das Mobiltelefon mit der Kamera oder eine Drohne mit der Kamera, steht, so wird auch das Rechteck um die optische Achse sich „drehen”, bis eine optimale Ausrichtung erreicht ist, die von dem Lagesensoren mit gesteuert wird (12).

Die 15 zeigt einen Einbau in eine Kleinbild-Digitalkamera 14 oder Spiegelreflex-Kamera. Auch hier wird der Bildsensor-Bereich frei „gedreht”, wobei Voraussetzung ist der Einbau eines Schwerkraft-Sensors/Lagesensors 10 in die Digitalkamera 14, die eine optimale Position für Standbild-Aufnahmen oder Videos automatisch steuert.

Dadurch, dass der aktive Pixel-Bereich auf dem Bildsensor wanderbar ist, kann auch eine Art Bildstabilisierung, zumindest für etwas langsamere oder grobe Bewegungen erreicht werden. Die dafür notwendigen Informationen können ebenso von dem Lagesensor geliefert werden, allerdings sollte in dem Fall dieser fein ansprechbar sein. Je sensibler der Lagesensor und je mehr Informationen der liefert, desto besser die Bildqualität bei der Ausrichtung des aktiven Pixel-Feldes/Bereichs ist.

Bei den Varianten mit mehreren Linsen-Systeme, können verschiedene Perspektiven aufgenommen werden (auch Videoaufnahmen), auch wenn die Lichtprojektion der Linsen auf der gleichen Bildsensor-Fläche stattfindet. Man müsste nur die Linsen-Blenden so steuern, dass nicht mehr als einer Blende gleichzeitig offen ist. Wenn eine Bildaufnahme z. B. aus drei Perspektiven erfolgen soll, dann werden die Blenden der Linsen-Systeme so gesteuert, dass in einer bestimmten Reihenfolge die Blenden geöffnet und geschlossen werden. Auf dem Bildsensor würden dann alle drei verschiedenen Perspektiven aufgenommen, der Reihe nach und in drei Bildern dargestellt und gespeichert. Bei Videoaufnahmen läuft der Vorgang ähnlich. In einer Reihenfolge werden die Bilder von verschiedenen Perspektiven immer wieder aufgenommen und dann in drei verschiedene Videos zusammengesetzt und gespeichert werden. Z. B. bei Videoaufnahmen mit 30 Bilder/Sekunde, werden die drei Videos so zusammengesetzt: das erste Video aus Aufnahmen aus 1/30, 4/30, 7/30, 10/30, Sekundenbruchteile usw., das zweite Video aus 2/30, 5/30, 8/30, 11/30, usw., das dritte Video aus 3/30, 6/30, 9/30, 12/30, usw. Die Blenden vor den Linsen, können mechanisch oder elektrisch arbeiten. Auch eine elektronische Blende aus LCD-Schirmen ist vorstellbar. Die LCD-Schirme 26 haben den Vorteil, weil sie extrem schnell reagieren können (17). Es würde reihen, vor den Linsen jeweils einen LCD-Bildschirm einzubauen, der inaktiv durchsichtig ist, aktiv aber lichtundurchlässig wird. Somit kann man genau die Reihenfolge der geöffneten Blenden steuern. Anstatt von LCD-Schirme kann man auch elektrisch steuerbare Scheiben verwenden, die elektrisch gesteuert durchsichtig oder lichtundurchlässig werden.

Zu erwähnen ist, dass der Bildsensor nicht nur Konkav sondern auch Konvex 27 (konvex geformter Bildsensor 27) gebaut werden kann. In dem Fall wäre der Erfassungswinkel deutlich grösser. Für Videoüberwachung, wo ein großer Areal zu überwachen wäre, ist ein solcher Sensor optimal geeignet. Zudem können auch mehrere Linsen-Systeme gleichzeitig auf verschiedene Bereiche auf dem Bildsensor das Licht projizieren, ohne dass deren Lichtstrahlen einander überkreuzen.

Bezugszeichenliste

1
Digitalkamera
2
Bildsensor
3
Elektronik-Bauteil
4
optische Begleitelemente
5
Kamera-Gehäuse
6
Mobiltelefon
7
optische Achse
8
Linsen
9
Bildsensor-Pixel-Aktiver-Bereich/Aufnahmebereich
10
Lagesensor
11
Gyrosensor
12
Drohne
13
Rechteck
14
Kleinbild-Digitalkamera
15
konkav gebogener Bildsensor
16
Blende
17
Lichtablenkelement
18
runder Bildsensor
19
ringförmige Leiste
20
konzentrische Kreis-Anordnung der Bildsensor-Pixeln
21
Gyro-Körper
22
Kardanaufhängung
23
Display
24
Steuerung
25
runder Projektionsbereich
26
LCD-Bildschirm als Linsen-Blende
27
Konvexer Bildsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 0302108 B1 [0004]
  • EP 0385079 A2 [0005]
  • US 5262630 [0006]
  • EP 1022600 A1 [0007]