用于支承并调整光学或电子装置位置的头部组件的制作方法
【专利说明】用于支承并调整光学或电子装置位置的头部组件
[0001]本发明涉及一种用于支承并调整光学或电子装置位置的头部组件。
[0002]通常，这类头部组件被称为三脚架头，其基本用途是将此类头部组件放置在一个支架或三角架上，可以将摄影机或摄像机或类似的光学或光电装置或下述“摄像机”快速紧固在头部组件的顶部，所述头部组件不仅能托住摄像机、还能方便操作者根据操作要求在任何位置上调整、固定摄像机。此类头部组件分为两种主要类型:第一类是球形接头，它可以方便在任何方向上的摄像机调整，即用于三自由度操作。通过第二类头部组件，围绕两个相互垂直的轴线能调整摄像机的位置，即仅进行二自由度操作，所述轴线一般为水平轴线和垂直轴线。
[0003]专业摄影或视频录像的一个基本要求是要保持摄像机的水平位置，即只有在此摄像机位置上才能将摄像机保持在水平面上。这就是为什么二自由度调节系统被广泛接受，但是，在这些系统中，有一个问题就是必须单独确保托住头部组件的三角架的上表面是水平的。虽然大多数三角架上平面的位置是可调的，但三脚架或其他摄像机支架不能确保精确的水平定位，因此当使用二自由度的头部组件时，使用者需要特别注意基础面的水平定位。当使用三自由度头部组件时，由于需要快速调整特殊方向(水平及垂直摄像机位置)，所以操作者还需要调节水平基础面。
[0004]专利号为EP 2613074A1的出版物的一种实施例描述了三自由度系统，其具有多个调节旋钮并以紧凑的方式发挥其功能。
[0005]专利号为US 8418973的发明的一个典型实例公开了二自由度系统，此类系统也设有多个调节固定旋钮，围绕相关轴线转动所述调节固定旋钮后才能固定摄像机位置。
[0006]目前还没有公开能够调平支撑基本面的发明，即需要调平前述的水平基本面。
[0007]在专利号为P98 00084的匈牙利出版物中，试图解决上述水平调节问题并公开了一种头部组件，该头部组件具有一个可相对于外壳围绕三轴线可调的基本摄像机支架元件，将该头部组件安装在三脚架上后通过此元件可以调节水平位置。但是，由于外壳和保持元件通过一个固定件连接，该头部组件却无法相对于基本保持元件进行二自由度调节。使用者不得不围绕两轴线调节头部组件并固定两个分开的调节固定元件，其中通过一个调节固定元件将外壳固定于基本保持元件上。
[0008]随着人们对简单、快速固定需求的不断增加，许多新目标亟待实现。
[0009]目标之一就是提供一种头部组件，该头部组件能够根据操作者的选择，对摄像机进行三自由度或二自由度调节，而且，二自由度调节只需一个单一元件，不再使用两个分开的调节固定元件。
[0010]为进一步满足上述需求，通过简单操作所述头部组件确定并保持水平位置并确保二自由度的可调节性，围绕已预先调整好的水平、垂直轴线实施其调节和自由转动操作。
[0011]因此，必须采用小尺寸、简单设计来满足这些要求，而且只需一个单一的调节元件。
[0012]本发明的基本目的是提供一种能够满足这些需求和要求的头部组件。本发明的第二目的较为适度，并设置了一个重要目标，根据该重要目标提供了一种二自由度的且只采用一个单一调节元件的调节系统。
[0013]本发明提供了一种用于保持并定位光学或电子设备的头部组件。所述头部组件具有外壳，通过球形连接在外壳中设置壳体，所述壳体用于实现任何方向上的导向运动，其中所述壳体具有圆柱形对称腔，可以在任何已调整好的位置上相互固定外壳和壳体，容置该装置的主体设置于所述壳体的腔体中，从而围绕两个相互垂直的轴线相对于该空腔可以转动所述主体，通过一个单一调节装置可以固定、也可以松动该主体的位置，其中所述壳体与所述主体之间的连接不受所述壳体与所述外壳之间的连接的约束。
[0014]因此，所述头部组件包括外壳和固定在外壳中的主体，所述主体包括可连接于该装置上的支撑元件，其中主体可以和支撑元件一起围绕两个相互垂直的第一、第二轴线在各自角度范围内转动、调节和固定，外壳包括设于外壳中的壳体，所以可以任何位置相对于外壳调整所述壳体并可将所述壳体固定在位置已调整好的外壳上。所述外壳具有球形内腔，壳体具有与所述外壳的内腔相配合的球形外表面。在预先确定的限度内，可以在任何方向上相对于所述外壳转动所述壳体，以此种方式通过所述两个相配合的球形表面将所述壳体设置于所述外壳的内腔中。所述组件还包括设于所述外壳与所述壳体之间的装置，其用于将壳体可松动地固定于位置已调整好的外壳上。所述壳体具有围绕至少一个轴线旋转对称的内腔，其特征在于包括设于壳体与主体之间的调节装置，通过围绕所述第一轴线以及垂直于第一轴线的第二轴线转动所述主体，所述调节装置可以相对于壳体对所述主体进行二自由度调节，这样所述调节装置能将所述主体可松动地固定于位置已调整好的壳体上，不会影响所述壳体与所述外壳之间的连接。
[0015]假如所述调节装置具有两个自由度，该调节操作会变得非常容易，所述调节装置包括单一公共调节构件，通过所述调节构件，能将主体固定于位置已调整好的壳体上。
[0016]根据一实施例所述的公共调节装置，该主体包括间隙，所述间隙沿着主体预定的长度方向延伸并将主体分成两个分开的部分，所述调节构件包括可手动操作的调节元件，所述调节元件能调节所述两分开部分之间的距离。
[0017]优选地，所述主体具有底部，其包括围绕至少一个轴线圆形对称的外表面，插入件包围所述底部、具有沿着至少一个区域与所述底部的外表面相配合的内腔，所述插入件具有外表面、并固定于第二区域内的壳体的旋转对称腔内。
[0018]在一个优选实施例中，当各主体部分被互相压离彼此时，该压力将主体的表面压向所述插入件，导致插入件的外表面弹性膨胀，所述插入件被压到壳体的空腔中，从而将壳体连接并固定于插入件和主体上。
[0019]在一个优选实施例中，设置有插入件的所述壳体内腔的表面为圆柱形表面。
[0020]在一个优选实施例中，采用所述主体外表面的形状及所述插入件的腔体的形状设计，防止主体相对于插入件围绕所述第一轴线转动，但所述主体可以围绕第二轴线转动，所述插入件具有一个外表面，所述外表面与所述壳体腔体的内表面为相匹配的圆柱形表面。
[0021]设置在插入件内部的主体的表面优选为至少部分是圆柱形或球形的表面。
[0022]在一个替代性实施例中，设于插入件中的主体的表面是球形表面，所述球体的主体设有通孔且具有位于所述球体赤道平面内的、垂直于所述第一轴的轴线，沿着所述孔的延伸方向所述壳体的相对壁开设有各孔，一个轴件位于各孔中并在各孔中延伸，所述各孔具有各自的端部，壳体的内壁设有环形槽，所述壳体具有垂直于所述第一轴线的中心平面，在所述环形槽内沿着环形槽设置、导向各端部，所述主体能绕所述轴件转动。
[0023]在另一优选实施例中，设在插入件中的主体的表面是球形表面，朝向壳体的球体的主体设有宽度、长度已定的凹槽，凹槽沿着平行于所述第一轴线的预定方向延伸，一个销沿着所述壳体内腔的轴线从所述壳体壳壁的底部向外延伸并设置于球体的凹槽中，这样所述销的轴线与所述第一轴线重合，从而利用所述销沿着所述凹槽引导主体，所述销能使主体围绕所述第一轴线转动。
[0024]在此优选实施例中，将短导向元件插入与其形状匹配的所述凹槽中，所述导向元件包括通孔，所述销被插入通孔中并贯通通孔。
[0025]所述壳体具有一上平面，其垂直于第一轴线和壳体的外表面的轴线，壳体的外表面的轴线和壳体内腔的轴线相互平行地延伸且沿着垂直于第一轴线的方向相互偏移，因而所述壳体的壳壁厚度不同。在壳壁厚度最大的部分上将一个水准仪插入壳壁的上表面，其可用于将所述壳体的平面调至水平、在任意外壳位置处将第一轴线调至垂直。这样，可以确保水平定位。
[0026]为实现摄像机的快速垂直定位，所述外壳的侧壁设有侧向开口，借助该侧向开口将外壳与壳体连接调至松动状态、在垂直于第一轴线的水平或近乎水平的位置处调节所述主体的轴线。
[0027]为实现本发明第二目的，提供一种用于将各主体相互连接的调节组件，这样可以围绕两个相互垂直的轴线自由调节各个位置并固定任何已调整好的位置，其特征在于包括单一公共调节装置，通过该调节装置可以围绕所述两个轴线进行调节并将两个主体固定在任何已调整好的位置上。
[0028]在本实施例中，优选地，主体具有圆形对称性的空腔，另一主体的相似圆形对称部分可胀缩性地插入在第一主体的空腔中，并且间隙在圆形对称部分沿预定深度延伸，通过沿预定深度将此部分分为两个部分，公共调整装置将所述部分彼此分开，从而使它们的