DE4010729A1 - Winkelbeschleunigungssensor und vorrichtung zur korrektur einer unscharfen abbildung einer kamera unter verwendung eines winkelbeschleunigungssensors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelbeschleu­ nigungssensor und eine Vorrichtung zum Korrigieren einer unscharfen bzw. verschwommenen Abbildung einer Kamera unter Verwendung eines Winkelbeschleunigungssensors.

Beim Aufnehmen eines Bildes mit einer von einem Fotogra­ fen gehaltenen Kamera tritt leicht eine nicht wünschens­ werte Bewegung einer optischen Achse der Kamera aufgrund eines Verwackelns der Kamera bzw. Schwenkens der Kamera auf, wenn eine Kameraeinstellung nicht vollständig ist, wenn ein dunkles Objekt mit einer niedrigen Verschlußge­ schwindigkeit aufgenommen wird oder wenn ein sich bewe­ gender Fotograf ein Bild aufnimmt. Das Kameraverwackeln führt zu einer unscharfen Abbildung eines Bildes. Das Kameraverwackeln, welches in starkem Maße von der Fähig­ keit des Fotografen abhängt, kann bis zu einem gewissen Ausmaß durch Vergrößern bzw. Erhöhen der vollständig geöffneten Blende (Erniedrigen der F-Zahl von Objektiven bzw. Linsen) oder durch Erhöhen einer Filmempfindlich­ keit) eliminiert werden, wodurch die Verschlußgeschwin­ digkeit erhöht werden kann.

Hinsichtlich der Grenzen, ein derartiges Kameraver­ wackeln über Software (Fähigkeit des Fotografen) oder Hardware (Erniedrigen der F-Zahl von Objektiven oder Erhöhen einer Filmempfindlichkeit) zu vermeiden, ist eine Vorrichtung zum Korrigieren einer unscharfen Abbil­ dung in einer Kamera vorgeschlagen worden, bei der, wenn eine Bewegung der optischen Achse aufgrund eines Kamera­ verwackelns etc. auftritt, eine Korrekturlinse in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Bewegung der optischen Achse bewegt wird, um die Bewegung der optischen Achse auszulöschen bzw. auszugleichen, wodurch eine Abbildungsunschärfe eliminiert wird.

Bei einer derartigen Vorrichtung zum Korrigieren einer unscharfen Abbildung ist es notwendig, eine Winkelabwei­ chung der optischen Achse zu erfassen. Hierzu ist ein Paar von Winkelbeschleunigungssensoren, die voneinander in der Richtung der optischen Achse beabstandet sind, vorgesehen, um eine Winkelbeschleunigung zu erfassen, wie es z.B. in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62 47 012 offenbart ist. Der Einbau zweier derartiger Win­ kelbeschleunigungssensoren in eine Kamera zur Erfassung einer Winkelabweichung (-bewegung) in einer Richtung führt jedoch dazu, daß die Kamera unhandlich, teuer und kompliziert wird. Dies ist einer der Gründe, warum bis­ lang keine Kamera mit einer Abbildungsunschärfen-Korrek­ turvorrichtung realisiert und auf dem Markt erhältlich ist. Weiterhin wird ein herkömmlicher Beschleunigungs­ sensor auf nachteilige Weise von der Erdbeschleunigung beeinflußt. Um die Abbildungsunschärfen-Korrekturvor­ richtung derzeit in eine Kamera einzubauen, ist es dem­ gemäß notwendig, einen kleineren und wirksameren Winkel­ beschleunigungssensor zu schaffen.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zur Korrektur einer unscharfen Abbildung bzw. einer Abbildungsunschärfen-Korrekturvor­ richtung zu schaffen, die eine unscharfe Abbildung kor­ rigieren kann, die von einer Bewegung (Abweichung) einer optischen Achse einer Kamera aufgrund eines Kameraver­ wackelns oder dergl. hervorgerufen ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen kleinen und hocheffizienten Winkelbeschleu­ nigungssensor zu schaffen, der in einer Abbildungsun­ schärfen-Korrekturvorrichtung einer Kamera vorgesehen werden kann, in der, wenn ein Kameraverwackeln während des Aufnehmens stattfindet, was die Bewegung der opti­ schen Achse verursacht, eine Abbildungsunschärfen-Kor­ rekturlinse bzw. ein Abbildungsunschärfen-Korrekturob­ jektiv in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Kameraverwackelns (Bewegung der optischen Achse) bewegt wird, um die Bewegung der optischen Achse gemäß eines Antriebs- bzw. Ansteuersignals an dem Winkelbeschleuni­ gungssensor zu absorbieren bzw. auszugleichen.

Um die obigen Aufgaben zu lösen wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Korrigieren einer unscharfen Abbil­ dung geschaffen mit einer Abbildungsunschärfen-Korrek­ turlinse, die zumindest einen Teil eines Objektivs einer Kamera bildet und die derart gelagert ist, daß sie in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu einer opti­ schen Achse des Objektivs bewegbar ist, einem Antriebs­ element zum Antreiben der Korrekturlinse, einem Winkel­ beschleunigungssensor, der die an die Kamera angelegte Winkelbeschleunigung erfaßt, um ein Antriebssignal zu dem Antriebselement zu schicken, um eine nicht wün­ schenswerte Bewegung der optischen Achse des Objektivs auszulöschen. Der Winkelbeschleunigungssensor umfaßt einen drehbaren Sensorarm mit einer Rotationswelle in der Nachbarschaft der Mitte der Länge des Sensorarms, Permanentmagneten an gegenüberliegenden Enden des Sen­ sorarms, einen Magnetsensor, der einem der Permanent­ magnete gegenüberliegt, und eine Spule, die dem anderen Permanentmagneten gegenüberliegt und die eine Wicklung hat, die den Magnetfluß des anderen Permanentmagneten schneidet, wobei die Abbildungsunschärfen-Korrektur­ linse gemäß des Ausgangssignals der Spule angetrieben wird.

Als der Magnetsensor kann ein Hall-Element, ein Magnet­ widerstands-(MR)element (magneto-resistives Element) etc. verwendet werden. Wie es bestens bekannt ist, ist das MR-Element ein Magnetsensor mit einer Charakteri­ stik, bei der ein Weg eines elektrischen Stromes, der an einen Halbleiter in dem Magnetfeld angelegt wird, lang wird, wenn das Magnetfeld stärker wird, was zu einem Anstieg des Widerstandswertes führt.

Die Abweichung (Bewegung) der optischen Achse aufgrund des Kameraverwackelns enthält nicht nur die Winkelabwei­ chung, sondern auch eine Parallelabweichung. Eine von der Parallelabweichung hervorgerufene Abbildungsunschär­ fe ist jedoch extrem klein im Vergleich mit der von der Winkelabweichung hervorgerufenen Abbildungsunschärfe und somit vernachlässigbar. Der Grund hierfür wird später in größerer Genauigkeit erläutert. Demgemäß bezieht sich eine Abweichung der optischen Achse im folgenden auf die Winkelabweichung.

Der erfindungsgemäße Winkelbeschleunigungssensor ist für eine Abbildungsunschärfen-Korrekturvorrichtung in einer Kamera entwickelt worden, die Anwendungsgebiete dessel­ ben sind jedoch nicht auf die Abbildungsunschärfen-Kor­ rekturvorrichtung begrenzt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auch auf einen Winkelbeschleunigungs­ sensor als solchen.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Winkelbe­ schleunigungssensor einen verminderten magnetischen Leckfluß bzw. Streufluß aus einem Permanentmagneten, eine erhöhte Empfindlichkeit des Magnetsensors, eine verbesserte Betriebsstabilität und ein vermindertes Rauschen.

Hierzu hat der erfindungsgemäße Winkelbeschleunigungs­ sensor einen drehbaren Sensorarm mit einer Rotationswel­ le in der Nachbarschaft der Mitte der Länge des Sensor­ arms, Permanentmagnete an gegenüberliegenden Enden des Sensorarms, einen Magnetsensor, der einem der Permanent­ magneten gegenüberliegt und einer Spule, die dem anderen Permanentmagneten gegenüberliegt und die eine Wicklung hat, die den Magnetfluß des anderen Permanentmagneten schneidet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Winkelbeschleunigungssensor darüber hinaus ein Paar von geteilten Jochhälften, von denen jede einen länglichen Plattenteil und gebogene Endteile hat, die in Richtung auf den Sensoram an gegenüberliegenden Enden des längli­ chen Plattenteils gebogen sind.

Die Jochhälften sind bezüglich des Sensorarms auf gegen­ überliegenden Seiten des Sensorarms in einer symmetri­ schen Anordnung positioniert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin­ dung mit der Zeichnung, wobei:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Winkelbeschleunigungs­ sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ist;

Fig. 2A eine Schnittansicht eines Winkelbeschleuni­ gungssensors gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2B eine perspektivische Explosionsansicht des in Fig. 2A gezeigten Winkelbeschleunigungssen­ sors ist;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Kamera mit einem in Fig. 1 oder Fig. 2A und 2B gezeigten Winkel­ beschleunigungssensor ist;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Antriebsschal­ tung eines erfindungsgemäßen Winkelbeschleu­ nigungssensors ist;

Fig. 5A und 5B eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Abbildungsunschärfen- Korrekturvorrichtung in einer Kamera sind; und

Fig. 6A und 6B Vorderansichten einer Abbildungsunschär­ fen-Korrekturvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen betriebsmäßigen Positionen sind.

Generell erfaßt eine Abbildungsunschärfen-Korrekturvor­ richtung einer Kamera eine an eine Kamera angelegte Winkelbeschleunigung, um eine Abbildungsunschärfen-Kor­ rekturlinse gemäß der erfaßten Winkelbeschleunigung in eine Richtung zu bewegen, um die Bewegung der optischen Achse auszugleichen bzw. auszulöschen. Es ist bekannt, einen Schwingspulenmotor bzw. Elektromotor als Antriebs­ element der Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse zu ver­ wenden.

Die Fig. 5A und 5B zeigen eine erfindungsgemäße Abbil­ dungsunschärfen-Korrekturvorrichtung einer Kamera, wobei in der Vorrichtung im Gegensatz zum Stand der Technik eine Platte aus bimorphen Zellen bzw. eine Zweielement­ kristall-Platte als das Antriebselement verwendet wird.

Vor oder hinter einem Hauptobjektiv 21 einer Kamera ist eine Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse (abbildungsun­ schärfen-eliminierende Linse) 22 angeordnet, die zusam­ men mit dem Hauptobjektiv 21 ein bildaufzeichnendes optisches System bildet. Die Korrekturlinse 22 ist an einem Korrekturlinsenrahmen 23 befestigt.

Auf einer Seite der Korrekturlinse 22 ist eine Platte 25 aus bimorphen Zellen angeordnet, die sich in horizonta­ ler Richtung erstreckt, und die an ihrem einen Ende mit einem feststehenden bzw. stationären Teil 24 einer Kame­ ra und an ihrem gegenüberliegenden Ende (freien Ende) mit dem Korrekturlinsenrahmen 23 verbunden ist. Die Platte 25 aus bimorphen Zellen wird deformiert, um eine konkave oder konvexe Gestalt gemäß der Poralität einer an sie angelegten Antriebs- bzw. Ansteuerspannung anzu­ nehmen. Der Deformationsgrad (Versatz des freien Endes) der Platte 25 aus bimorphen Zellen wird durch den Wert der an sie angelegten Ansteuerspannung bestimmt bzw. festgelegt. Die optische Achse des Hauptobjektivs 21 stimmt mit der optischen Achse der Korrekturlinse 22 überein, wenn an die Platte 25 aus bimorphen Zellen keine Spannung angelegt ist.

Wenn bei der oben erwähnten Anordnung die Ansteuerspan­ nung an die Platte 25 aus bimorphen Zellen angelegt wird, kann die Korrekturlinse 22 über den Korrekturlin­ senrahmen 23 nach oben oder unten bewegt werden.

Unter der Annahme, daß sich das Hauptobjektiv 21 auf­ grund eines Kameraverwackelns nach oben oder unten be­ wegt, so daß die Bewegung (Abweichung) der optischen Achse derselben stattfindet, wird eine Abbildung auf einen Film in der gleichen Richtung unscharf bzw. ver­ zeichnet. Diese Abbildungsunschärfe kann jedoch elimi­ niert werden durch Anlegen einer Ansteuerspannung mit einem vorbestimmten Wert und einer vorbestimmten Polari­ tät, um die Abweichung der Platte 25 aus bimorphen Zellen zu absorbieren bzw. auszugleichen, so daß die Bewegung der optischen Achse theoretisch ausgelöscht werden kann, was somit eine Bewegung einer Abbildung auf dem Film verhindert. Die an die Platte 25 aus bimorphen Zellen anzulegende Ansteuerspannung wird gemäß des Grads des Kameraverwackelns und der Winkelbeschleunigung be­ stimmt.

Ein übermäßiger Versatz des Korrekturlinsenrahmens 23 wird durch einen Anschlag 26 verhindert, der einen obe­ ren Anschlagarms 28 und einen unteren Anschlagarms 29 in Entsprechung zu einem Anschlagvorsprung 27 hat, der an dem Korrekturlinsenrahmen 23 ausgebildet ist. Der Anschlagvorsprung 27 des Korrekturlinsenrahmens 23 ist zwischen den Anschlagarmen 28 und 29 des Anschlags 26 plaziert, der von einem stationären Teil (nicht gezeigt) einer Objektivfassung gelagert wird, so daß die An­ schlagarme 28 und 29 eine übermäßige Deformation oder einen übermäßigen Versatz der Platte 25 aus bimorphen Zellen verhindern, was z.B. durch einen von außen auf die Kamera aufgebrachten Schlag hervorgerufen werden kann.

Um die Herstellungskosten einer Kamera zu reduzieren, ist es möglich, z.B. eine einzelne asphärische Linse, die sowohl die Funktion des Hauptobjektivs 21 als auch der Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse 22 hat, an Stel­ le von voneinander getrenntem Hauptobjektiv 21 und Ab­ bildungsunschärfen-Korrekturlinse 22 zu verwenden.

In der erläuterten Ausführungsform bewegt sich die Kor­ rekturlinse 22 in Richtungen nach oben oder nach unten entsprechend der Richtung der Kamerabewegung. Für einen speziellen Zweck ist es möglich, die Korrekturlinse 22 in andere Richtungen zu bewegen. Weiterhin ist es möglich ein Paar von Platten 25 aus bimorphen Zellen vorzusehen, die sich in zwei Richtungen senkrecht zuein­ ander bezüglich des Korrekturlinsenrahmens 23 er­ strecken, um die Korrekturlinse 22 in den zwei zueinan­ der senkrechten Bewegungen zu bewegen.

Die Fig. 6A und 6B zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungsunschärfen-Korrektur­ vorrichtung, die eine Platte aus bimorphen Zellen ver­ wendet. In der, in den Fig. 6A und 6B gezeigten zweiten Ausführungsform ist der Versatz der Platte aus bimorphen Zellen, der auf die Korrekturlinse zu übertragen ist, erweitert, so daß die Vorrichtung verkleinert werden kann.

Die Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse 22 a ist an dem Korrekturlinsenrahmen 23 a befestigt. Die Platte 25 a aus bimorphen Zellen und ein Blattfederelement 31 sind über bzw. unter der Korrekturlinse 22 a angeordnet. Die Platte 25 a aus bimorphen Zellen und das Blattfederelement 31 sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Horizon­ tallinie geneigt, die durch den Mittelpunkt der Korrek­ turlinse 22 a geht. Die Platte 25 a aus bimorphen Zellen und das Blattfederelement 31 sind jeweils an ihrem einen Ende mit einem stationären bzw. feststehenden Teil 24 a einer Objektivfassung verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Blattfederelementes 31 ist an dem Korrekturlin­ senrahmen 23 a befestigt, so daß das Blattfederelement 31 einen Ausleger bildet, der die Korrekturlinse 22 a ab­ stützt bzw. lagert.

Die Platte 25 a aus bimorphen Zellen ist an ihrem gegen­ überliegenden Ende mit dem Korrekturlinsenrahmen 23 a über eine Federplatte 32 verbunden, die eine geringere Elastizität hat als die Blattfeder 31. Die Federplatte 32 ist nämlich an ihrem einen Ende mit dem freien Ende der Platte 25 a aus bimorphen Zellen und an ihrem anderen Ende mit dem Korrekturlinsenrahmen 23 a verbunden. Die Federplatte 32 gewährleistet eine sanfte bzw. gedämpfte Deformation der Platte 25 a aus bimorphen Zellen. Wenn nämlich die Platte 25 a aus bimorphen Zellen direkt - also ohne die Federplatte 32 - mit dem Korrekturlinsen­ rahmen 23 a verbunden ist, kann in der Platte 25 a aus bimorphen Zellen aufgrund der Deformation der Platte 25 a aus bimorphen Zellen eine große Belastung bzw. Spannung hervorgerufen werden. Dies kann durch die Federplatte 32 wirksam verhindert werden. Wenn daher die Platte 25 a aus bimorphen Zellen aus einem Material hergestellt ist, welches eine ausreichende Festigkeit und eine ausrei­ chende Elastizität oder Flexibilität hat, kann die Fe­ derplatte 32 weggelassen werden, so daß die Platte 25 a aus bimorphen Zellen direkt mit dem Korrekturlinsenrah­ men 23 a verbunden ist.

Das Anschlagelement 26 a, welches dem Anschlag 26 in der ersten Ausführungsform entspricht, ist zwischen einer unteren Anschlagfläche 27 a und einer oberen Anschlagflä­ che 28 a des Korrekturlinsenrahmens 23 a angeordnet, so daß das Anschlagelement 26 a in Anlage an die Anschlag­ flächen 27 a und 28 a kommen kann, um einen übermäßigen Versatz der Platte 25 a aus bimorphen Zellen zu verhin­ dern.

Die in den Fig. 6A und 6B erläuterte zweite Ausführungs­ form hat folgende Merkmale:

• 1) Die Befestigungsenden A und B der Platte 25 a aus bimorphen Zellen und des Blattfederelementes 31 zu dem feststehenden Teil 24 a sind in einem (d.h. der linken Hälfte in den Fig. 6A und 6B) von zwei Bereichen ange­ ordnet, die von einer Vertikalebene unterteilt werden, die die optische Achse der Linse enthält;
• 2) Die Verbindungsenden C und D der Platte 25 a aus bimorphen Zellen und des Blattfederelementes 31 zu dem Korrekturlinsenrahmen 23 a (Korrekturlinse 22 a) sind in dem anderen Bereich (d.h. die rechte Hälfte in den Fig. 6A und 6B) der zwei Bereiche angeordnet, die von der Vertikalebene unterteilt sind, die die optische Achse der Linse enthält;
• 3) Der Abstand d ₁ zwischen den Befestigungsenden A und B der Platte 25 a aus bimorphen Zellen und des Blattfe­ derelementes 31 ist größer als der Abstand d ₂ zwischen den Verbindungsenden C und D derselben; und
• 4) Die optische Achse der Korrekturlinse 22 a ist in der Nähe eines Mittelpunktes der vier Enden A, B, C und D (d.h. einem Schnittpunkt einer Linie, die die Punkte A und D verbindet, und einer Linie, die die Punkte B und C verbindet) angeordnet.

Wenn in der in den Fig. 6A und 6B erläuterten Ausfüh­ rungsform die Ansteuerspannung an die Platte 25 a aus bimorphen Zellen angelegt wird, wird die Platte 25 a deformiert, um die Korrekturlinse 22 a in Richtung nach oben oder unten zu bewegen oder abzulenken. In Fig. 6B ist die Platte 25 a aus bimorphen Zellen konvex nach oben deformiert, so daß sich der Korrekturlinsenrahmen 23 a nach unten bewegt, um das Blattfederelement 31 als gan­ zes elastisch zu biegen. Da der Abstand d ₁ zwischen den Befestigungsenden A und B der Platte 25 a aus bimorphen Zellen und dem Blattfederelement 31 größer ist als der Abstand d ₂ zwischen den Verbindungsenden C und D dersel­ ben, kommt das deformierbare Ende (rechte Ende) der Platte 25 a aus bimorphen Zellen dichter an den festste­ henden Teil 24 a, wohingegen das freie Ende (rechte Ende) des Blattfederelementes 31 sich von dem feststehenden Teil 24 a wegbewegt. Als Ergebnis bewegt sich der ganze Korrekturlinsenrahmen 23 a nach unten und wird um einen Neigungswinkel R bezüglich der Vertikalrichtung geneigt. Der Versatz der Korrekturlinse 22 a ist größer als der Versatz des deformierbaren Endes der Platte 25 a aus bimorphen Zellen. Der Versatz der Platte 25 a aus bimor­ phen Zellen ist nämlich erweitert bzw. vergrößert und wird auf die Korrekturlinse 22 a übertragen. Dies macht es möglich, die Längsabmessung der Vorrichtung zu redu­ zieren, wodurch die Vorrichtung als Ganzes verkleinert wird. In dieser Ausführungsform ist es, ähnlich zu der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform, möglich, das Hauptobjektiv 21 (Fig. 5B) derart vorzusehen, daß dessen optische Achse mit der optischen Achse der Korrekturlin­ se 22 a zusammenfällt, wenn an die Platte 25 a aus bimor­ phen Zellen keine Ansteuerspannung angelegt wird.

Die folgende Diskussion bezieht sich auf einen Winkel­ beschleunigungssensor 1, der ein Antriebs- bzw. Ansteu­ ersignal an die Platte 25 (25 a) aus bimorphen Zellen abgibt.

In Fig. 1, die eine erste Ausführungsform des Winkelbe­ schleunigungssensors 1 zeigt, hat ein zylindrisches Sensorgehäuse 2 in sich einen länglichen Sensorarm 3 aufgenommen, der aus einem hochpermeablen Material be­ steht. Der Sensorarm 3 ist von einer Rotationswelle 4 in einer ausbalancierten Position im Mittelpunkt des Arms in Längsrichtung gelagert bzw. getragen. Die Rotations­ welle 4 besteht aus einem Lager mit zumindest einem Drehwiderstand, wie einem Drehlager, so daß der Sensor­ arm 3 rotierbar um die Welle 4 ausbalanciert ist.

Der Sensorarm 3 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit Permanentmagneten 5 und 6 versehen. Das Gehäuse 2 hat an einem seiner Enden einen Magnetsensor 7, wie ein Hall-Element, MR-Element oder dergleichen, welches dem Permanentmagneten 5 gegenüberliegt, und am anderen Ende eine Spule 8, die dem Permanentmagneten 6 gegenüber­ liegt. Die Permanentmagnete 5 und 6 bestehen aus starken Magneten wie Magneten aus seltenen Erden. Der Permanent­ magnet 5 ist in Richtung entlang des Magnetsensors 7, d.h. in Vertikalrichtung nach Fig. 1, magnetisiert. Der Permanentmagnet 6 andererseits ist in Längsrichtung des Sensorarms magnetisiert. Der Permanentmagnet 6 und die Spule 8 sind derart angeordnet, daß der Magnetfluß des Permanentmagneten 6 die Wicklung bzw. die Wicklungen der Spule 8 schneidet. Wenn somit ein elektrischer Strom an die Spule 8 angelegt wird, wird eine Rotationskraft auf den Sensorarm 3 erzeugt.

Der Magnetsensor 7 gibt kein Signal aus, wenn der Perma­ nentmagnet 5 in einer Stellung ist, in der er dem Mit­ telpunkt der Frontfläche des Magnetsensors 7 gegenüber­ liegt, d.h. wenn der Sensorarm 3 in der in Fig. 1 ge­ zeigten, ausbalancierten Position ist. Wenn sich der Sensorarm 3 dreht, wird der Permanentmagnet 5 bewegt, so daß ein Ausgang bzw. Ausgangssignal von dem Magnetsensor 7 entsprechend der Richtung der Bewegung und dem Versatz des Permanentmagneten 5 ausgegeben wird.

Das Gehäuse 2 begrenzt die Drehbewegung des Sensorarms 3 derart, daß das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 und 6 innerhalb der Betriebsbereiche des Magnetsensors 7 und der Spule 8 bleibt.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Winkelbeschleunigungssensors 1 A. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu den Be­ standteilen der oben erwähnten ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ein Paar von magnetisch induktiven Jochele­ menten 9, die aus geteilten identischen Jochhälften bestehen, an gegenüberliegenden Seiten des Sensorarms 3 vorgesehen und festgelegt. Die Verbesserung der zweiten Ausführungsform ist also auf den Mechanismus bzw. die Mechanik zum Festlegen der Jochelemente 9 an den Sensor­ arm 3 gerichtet.

Jede der Jochhälften 9 hat im allgemeinen eine winkel­ mäßige U-Form und hat einen länglichen Plattenabschnitt 9 a, der sich entlang der Länge des Sensorarms 3 er­ streckt, und gebogene Endabschnitte 9 b, die in Richtung auf den Sensorarm 3 an den gegenüberliegenden Enden des länglichen Plattenabschnitts 9 a gebogen sind. Die Joch­ hälften 9 sind in symmetrischer Anordnung bezüglich der Längsmittellinie des Sensorarms 3 angeordnet. Jeder der länglichen Plattenabschnitte 9 a hat ein Paar von Monta­ ge- bzw. Festlegungslöchern 9 c und der Sensorarm 3 hat Vorsprünge 3 b, die in die Montagelöcher 9 c eingepaßt werden können. Ein Paar von Jochhälften 9 ist mit dem Sensorarm 3 durch Angriff der Vorsprünge 3 b in die entsprechenden Montagelöcher 9 c und die magnetische Anziehung der Permanentmagneten 5 und 6 festgelegt. In dem verbundenen bzw. zusammengebauten Zustand kommen die gebogenen Enden 9 b der Jochhälften 9 in Kontakt mitein­ ander, wobei sich die gebogenen Enden 9 b auf der einen Seite des Sensorarms 3 sich durch einen Hohlabschnitt bzw. Hohlraum 8 a (Fig. 2B) der Spule 8 erstrecken und die gebogenen Enden 9 a auf der anderen Seite des Sensor­ arms 3 sind hinter dem Magnetsensor 7 angeordnet. Der Magnetsensor 7 ist nämlich innerhalb eines Paares von Jochhälften 9 angeordnet, die - wenn miteinander verbun­ den - im Ganzen eine generell rechteckige Form haben.

Die Jochelemente 9, die an dem Sensorarm 3 befestigt sind, um die Permanentmagneten 5 und 6 zu umgeben, können den magnetischen Leckfluß von den Permanentmagne­ ten reduzieren, um den Magnetfluß effizient zu nutzen. Da insbesondere nahezu der gesamte magnetische Fluß von dem Permanentmagneten 6 die Wicklung der Spule 8 schnei­ det, wie zuvor erwähnt, gewährleistet selbst ein klei­ ner, an die Spule 8 angelegter Strom den stabilen Be­ trieb derselben. Da weiterhin der durch den Magnetsensor 7 laufende Magnetfluß erhöht wird, wird die Empfindlich­ keit des Magnetsensors 7 hoch und es ist demgemäß möglich, die Verstärkung der Steuerschaltung zu vermin­ dern, was zu einer erhöhten Betriebsstabilität und ver­ mindertem Rauschen führt. Dies erlaubt auch, daß eine Spannungsquelle mit niedriger Spannung und kleiner Kapa­ zität zu verwenden ist.

Aufgrund des reduzierten magnetischen Leckflusses hat eine Wirkung von Eisenteilen auf die Vorrichtung einen geringeren Einfluß auf die Vorrichtung.

Die geteilten Jochhälften 9 tragen weiterhin zu einem leichteren Zusammenbau und einer einfachen Konstruktion der Vorrichtung bei.

In der in den Fig. 2A und 2B erläuterten zweiten Ausfüh­ rungform ist der Sensorarm 3 auf seinen gegenüberliegen­ den Enden mit Magneteinführungsvertiefungen 3 a versehen, in die die entsprechenden Permanentmagnete 5 und 6 ein­ geführt werden. Die Permanentmagnete 5 und 6 bestehen vorzugsweise aus starken Magneten wie Magneten aus sel­ tenen Erden. Wenn eine präzise Passung zwischen den Permanentmagneten 5, 6 und den Magneteinfügungsvertie­ fungen 3 a erreicht wird, ist kein bzw. kein besonderer Klebstoff notwendig, um die Permanentmagnete 5 und 6 an dem Sensorarm 3 zu befestigen, der vorzugsweise aus einem Material mit hoher Permeabilität besteht, und zwar mit Hilfe der magnetischen Anziehungskraft.

Fig. 4 zeigt eine Antriebs- bzw. Ansteuerschaltung des Winkelbeschleunigungssensors 1 (1 A), der den Magnetsen­ sor 7 und die Spule 8 enthält.

In Fig. 4 werden die Ausgänge bzw. Ausgangssignale ent­ sprechend der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten 5 und dessen Versatzes von den Ausgangsanschlüssen 7 a und 7 b des Magnetsensors 7 abgegeben, um einem Differenzver­ stärker 10 eingegeben zu werden. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 wird der Spule 8 eingegeben, so daß die Spannung zwischen gegenüberliegenden Enden eines Widerstandes 11, der mit der Spule 8 verbunden ist, den integrierten Schaltungen 12 und 13 und der Platte 25 (25 a) aus bimorphen Zellen über einen Verstärker 14 zugeführt wird.

Der Winkelbeschleunigungssensor 1 (1 A) ist in einer Kamera 15 derart eingebaut, daß, wenn von der Kamera 15 ein Bild fotografiert wird, welches horizontal positio­ niert bzw. ausgerichtet ist, der Sensorarm 3 vertikal positioniert ist, und die Rotationswelle 4 senkrecht zu der optischen Achse ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Unter der Annahme, daß sich die optische Achse O in eine optische Achse O′ um einen Winkel R (t) bewegt, der eine Funktion der Zeit aufgrund einer Rotationsbewegung der Kamera (Kameraverwackeln) um den Punkt P aus gewissen Gründen ist, wenn kein Strom in die Spule 8 Des Winkel­ beschleunigungssensors 1 (1 A) fließt, neigt der Sensor­ arm 3 dazu, zu rotieren, um die Vertikalposition senk­ recht zur Erde aufgrund der Trägheit beizubehalten, wie es durch eine imaginäre Linie angedeutet ist. Es ist anzumerken, daß der Abweichungswinkel R (t) in Fig. 3 übertrieben ist. In der vorliegenden Erfindung wird der Sensorarm 3 jedoch bewegt, um die Position senkrecht zur optischen Achse durch die in Fig. 4 gezeigte Ansteuer­ schaltung beizubehalten. Es kann nämlich ein Ausgangs­ wert proportional zu der Winkelbeschleunigung d ² R/dt des Abweichungswinkels R (t) erhalten werden. Der Grund hierfür ist wie folgt.

Wenn ein Abweichungswinkel R (t) verursacht wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, dann entfernt sich der Permanent­ magnet 5 von dem Mittelpunkt der Frontfläche des Ma­ gnetsensors 7, so daß eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 a und 7 b des Magnetsensors 7 erzeugt wird. Die Potentialdifferenz wird dem Differenz­ verstärker 10 zugeführt, um verstärkt zu werden. Die verstärkte Spannung wird der Schaltung zugeführt, die die Spule 8 und den mit der Spule 8 in Serie verbundenen Widerstand 11 enthält. Durch den durch die Spule 8 fließenden Strom wird eine Rotationskraft auf den Sen­ sorarm 3 über den Permanentmagneten 6 angelegt, so daß der Permanentmagnet 5 zurück in die Ausgangsposition bewegt wird, in der er dem Mittelpunkt der Frontfläche des Magnetsensors 7 gegenüberliegt. Es wird nämlich eine Spannung proportional zu dem Stromwert, der notwendig ist zum Aufrechterhalten der Position des Permanentmagneten 5 dahingehend, daß dieser dem Mittelpunkt der Frontflä­ che des Magnetsensors 7 gegenüberliegt, gegen die Träg­ heit des Sensorarms 3 aufgrund des Abweichungswinkels R (t) zwischen den gegenüberliegenden Enden des Wider­ standes 11 erzeugt, der in Serie mit der Spule 8 verbun­ den ist. Die Spannung ist proportional zu der Winkelbe­ schleunigung d ² R/dt ² des Abweichungswinkels R (t) der optischen Achse. Die Spannung wird dann in den Integra­ tionsschaltungen 12 und 13 integriert, so daß das Aus­ gangssignal proportional zum Abweichungswinkel R (t) der optischen Achse am Ausgangsanschluß der Integrations­ schaltung 13 erhalten werden kann. Dieser Ausgang wird dann von dem Verstärker 14 verstärkt und der in den Fig. 5A und 5B gezeigten Platte 25 aus bimorphen Zellen oder der in den Fig. 6A und 6B gezeigten Platte 25 a aus bimorphen Zellen zugeführt. Als ein Ergebnis wird die Korrekturlinse 22 (22 a) durch den Versatz entsprechend der Winkelabweichung R (t) der optischen Achse bewegt, um die Winkelabweichung R (t) auszulöschen bzw. auszuglei­ chen oder zu absorbieren oder die Winkelabweichung R (t) zumindest zu reduzieren.

Wie zuvor erwähnt, enthält die Bewegung der optischen Achsen aufgrund eines Kameraverwackelns nicht nur die Winkelabweichung, sondern auch eine Parallelabweichung, wovon die letztere vernachlässigbar ist. Der Grund hier­ für ist wie folgt:

Unter der Annahme, daß bei Aufnahmebedingungen, bei denen die Brennweite f 40 mm (f=40 mm) und die Objekt­ entfernung L 4 m (L=400 mm) ist und die optische Achse parallel um einen Versatz d (=5 mm) während der Aufnahme bewegt wird, ist die Abweichung der Abbildung auf dem Film gegeben durch:

d · f/L=0,05 mm.

In Praxis wird nahezu nie eine große Parallelabweichung der optischen Achse von 5mm aufgrund eines Kameraver­ wackelns erreicht. Weiterhin ist eine Abweichung einer Abbildung um 0,05 mm praktisch vernachlässigbar.

Wenn andererseits eine Winkelabweichung der optischen Achse um R=1° bei den gleichen, zuvor erwähnten Auf­ nahmeumständen besteht, ist die Abweichung einer Abbil­ dung auf dem Film unabhängig von der Objektentfernung wie folgt:

f · R π/180=0,70 mm.

Eine Winkelabweichung von R=1° der optischen Achse aufgrund eines Kameraverwackelns tritt beim Fotografie­ ren häufig auf. Wenn die Abbildungsabweichung auf dem Film über 0,08 mm∼0,10 mm ist, wird eine nicht akzeptier­ bar unscharfe Abbildung erreicht. Wie aus der vorange­ gangenen Diskussion ersichtlich, ist es praktisch außer­ ordentlich wichtig, die von der Winkelabweichung der optischen Achse hervorgerufene Abbildungsunschärfe zu korrigieren, eine von der Parallelabweichung der opti­ schen Achse hervorgerufene Abbildungsunschärfe ist je­ doch vernachlässigbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Winkelbeschleunigungssensor kann die Winkelabweichung der optischen Achse von einem einzelnen Sensor erfaßt werden, im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-47 012 offenbar ist, in der zwei Beschleunigungs­ sensoren erforderlich sind. Daher kann der Aufbau des Winkelbeschleunigungssensors in der vorliegenden Erfin­ dung vereinfacht werden. Da weiterhin die Winkelbe­ schleunigung erfaßt werden kann, ohne von der Erdbe­ schleunigung beeinflußt zu sein, besteht hinsichtlich der Haltung bei unterschiedlichen Kamerahaltungen kein Unterschied. Zusätzlich kann bei der vorliegenden Erfin­ dung die Verarbeitung der elektrischen Signale verein­ facht werden.

Die vorangegangene Diskussion war hauptsächlich auf die Winkelabweichung der optischen Achse in Vertikalrichtung gerichtet, da die Abweichungen (Winkelabweichungen) der optischen Achse, die während des Fotografierens hervor­ gerufen werden, nahezu immer solche sind, die in verti­ kaler Richtung hervorgerufen werden, wenn der Verschluß­ auslöser heruntergedrückt wird. Um jedoch die laterale bzw. seitliche Abweichung (Winkelabweichung) der opti­ schen Achse zu erfassen, ist es möglich, den Winkelbe­ schleunigungssensor 1 (1 A) z.B. am Boden der Kamera oder in der Nähe desselben auf eine solche Weise zu plazie­ ren, daß die Rotationswelle 4 senkrecht zu der optischen Achse O und der Erdoberfläche ist, so daß die Korrektur­ linse 22 (22 a) von einem Paar von Platten 25 (25 a) aus bimorphen Zellen angetrieben werden kann, die senkrecht zueinander sind.

Der Winkelbeschleunigungssensor 1 (1 A) der vorliegenden Erfindung ist auch auf andere Geräte als die Abbildungs­ unschärfen-Korrekturvorrichtung einer Kamera anwendbar, wie es auch zuvor erwähnt worden ist.

Der Winkelbeschleunigungssensor 1 kann z.B. auch als Sensor zum Verhindern des Stampfens und Schlingerns eines Schiffes oder Bootes (auch Modelle oder Miniaturen derselben) verwendet werden. Bei dieser Applikation werden die Ausgangssignale des Verstärkers 14 als eine Funktion der Winkelbeschleunigung ausgegeben.

Wie aus dem Vorangegangenen ersichtlich, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Abbildungsunschärfe aufgrund eines Kameraverwackelns eliminiert werden. Insbesondere kann der einzelne Winkelbeschleunigungssensor, der die Ansteuersignale an die Korrekturlinse abgibt, die Win­ kelabweichung der optischen Achse erfassen. Da theore­ tisch nur ein äußerst geringer Rotationsversatz des Sensorarms um die Rotationswelle während des Betriebs notwendig ist, kann die Dicke der Vorrichtung minimiert werden, so daß die Vorrichtung leicht in die Kamera eingebaut werden kann, ohne diese wesentlich zu vergrö­ ßern. Demzufolge kann eine kostengünstige und kleine Kamera realisiert werden, in die die Abbildungsunschär­ fen-Korrekturvorrichtung eingebaut ist.

Weiterhin reduzieren die Jochelemente, die an dem Sen­ sorarm vorgesehen sind, um die Permanentmagnete zu umge­ ben, den magnetischen Leckfluß von den Permanentmagne­ ten, um den Magnetfluß effizient zu nutzen. Da insbeson­ dere nahezu der gesamte magnetische Fluß von dem Perma­ nentmagneten bei der Spule die Windung der Spule schnei­ det kann die Vorrichtung betrieben werden, selbst wenn der an die Spule angelegte Strom gering ist.

Da weiterhin der Magnetfluß, der durch der Magnetsensor fließt, erhöht wird und da die Empfindlichkeit des Ma­ gnetsensors hoch wird, kann die Verstärkung der An­ triebsschaltung reduziert werden, was zu einer erhöhten Betriebsstabilität und vermindertem Rauschen führt. Dies erlaubt auch, eine Spannungsquelle geringer Spannung und kleiner Kapazität zu verwenden. Aufgrund des reduzierten magnetischen Leckflusses hat ein Einfluß von Eisenteilen auf die Vorrichtung einen minimalen Einfluß auf die Vorrichtung.

Die aufgeteilten Jochhälften tragen zu einem leichten Zusammenbau und einer einfachen Konstruktion der Vor­ richtung bei.

Da schließlich der Winkelbeschleunigungssensor klein ist, kann er leicht in eine kompakte, Abbildungsunschär­ fen korrigierende Vorrichtung eingebaut werden, in der die Korrekturlinse gemäß der so erfaßten Winkelabwei­ chung angetrieben werden kann, um eine Abbildungsun­ schärfe effektiv zu eliminieren.

Claims (12)

1. Winkelbeschleunigungssensor (1), gekennzeich­ net durch einen drehbaren Sensorarm (3), der eine Dreh­ welle (4) im mittleren Abschnitt der Länge des Sensor­ arms und Permanentmagnete (5, 6) an entgegengesetzten Enden des Sensorarms hat, einen Magnetsensor (7), der einem der Permanentmagneten (5) gegenüberliegt, und eine Spule (7), die dem anderen Permanentmagneten (6) gegen­ überliegt, und die eine Wicklung hat, die den Magnetfluß des anderen Permanentmagneten (6) schneidet.

2. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetsensor (7) aus einem Hall-Element besteht.

3. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetsensor (7) aus einem MR-Element besteht.

4. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbeschleunigungs­ sensor (1) weiterhin ein Jochelement (9) aufweist, wel­ ches einstückig mit dem Sensorarm (3) verbunden ist, um den Sensorarm (3) zu umgeben.

5. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbeschleunigungs­ sensor (1) weiterhin aufweist ein Gehäuse (2), in dem der Sensorarm (3) untergebracht ist, um die Rotationsbe­ wegung des Sensorarms (3) zu begrenzen.

6. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Paar von getrennten Jochhälften (9, 9), von denen jede einen länglichen Plattenabschnitt (9 a) und gebogene Endabschnitte (9 b) hat, die an den gegenüberliegenden Enden des länglichen Plattenabschnit­ tes (9 a) in Richtung auf den Sensorarm (3) gebogen sind; wobei die Jochhälften (9, 9) in einer symmetrischen Anordnung bezüglich des Sensorarms (3) auf gegenüberlie­ genden Seiten des Sensorarms angeordnet sind.

7. Winkelbeschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochhälften (9, 9) an dem Sensorarm (3) derart festgelegt sind, daß sich die gegenüberliegenden Enden der Jochhälften (9, 9) auf der einen Seite des Sensorarms (3) außerhalb des Magnetsen­ sors (7) berühren und sich die gegenüberliegenden Enden der Jochhälften (9, 9) auf der anderen Seite des Sensor­ arms in der Wicklung der Spule (8) berühren.

8. Vorrichtung zur Korrektur einer unscharfen Abbildung mit einer Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse (22; 22 a), die zumindest einen Teil eines Objektivs (21) einer Kamera (15) bildet und die derart gelagert ist, daß sie in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse des Objektivs (21) bewegbar ist, einem Antriebselement zum Bewegen der Korrekturlinse (22; 22 a), einem Winkelbeschleunigungssensor, der die an die Kamera angelegte Winkelbeschleunigung erfaßt, um ein Antriebssignal an das Antriebselement abzugeben, um eine ungewünschte Bewegung der optischen Achse des Objektivs (21) auszulöschen bzw. auszugleichen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Winkelbeschleunigungssensor (1; 1 A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird und die Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse (22; 22 a) gemäß des Ausgangssignals der Spule (8) bewegt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebselement der Abbildungsun­ schärfen-Korrekturlinse (22) eine Platte (25) aus bimor­ phen Zellen umfaßt, die an ihrem einem Ende starr fest­ gelegt ist und an ihrem gegenüberliegenden Ende mit der Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse in Zuordnung zu die­ ser verbunden ist, und daß ein Controller vorgesehen ist, der eine Antriebsspannung an die Platte (25) aus bimorphen Zellen anlegt, um die Zellplatte (25) in eine Richtung zu bewegen, um die Bewegung der optischen Achse des Objektivs (21) gemäß des Ausgangssignals des Winkel­ beschleunigungssensors (1; 1 A) auszulöschen bzw. auszu­ gleichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebselement der Abbildungsunschär­ fen-Korrekturlinse eine Platte (25 a) aus bimorphen Zel­ len und ein Blattfederelement (31) umfaßt, die an ihrem jeweiligen einen Ende starr in einem von zwei Bereichen festgelegt sind, die durch eine Ebene unterteilt sind, die die optische Achse des Objektivs (21) enthält, und die an ihren jeweiligen gegenüberliegenden Enden mit der Abbildungsunschärfen-Korrekturlinse (22 a) in dem anderen Bereich der zwei Bereiche verbunden sind, und daß ein Controller vorgesehen ist, der eine Antriebsspannung an die Platte (25 a) aus bimorphen Zellen anlegt, um die Zellplatte (25 a) in eine Richtung zu bewegen, um die Bewegung der optischen Achse des Objektivs (21) gemäß des Ausgangssignals des Winkelbeschleunigungssensors (1) auszulöschen bzw. auszugleichen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Abstand zwischen den Enden der Platte (25 a) aus bimorphen Zellen und dem Blattfederelement (31) in dem einen Bereich größer ist als ein Abstand zwischen den Enden der Platte (25 a) aus bimorphen Zellen und dem Blattfederelement (31) in dem anderen Bereich.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Federelement (32), welches die Platte (25 a) aus bimorphen Zellen und die Abbildungsunschärfen-Kor­ rekturlinse (22 a) verbindet.