DE4010729C2 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die aus der FR 1 427 252 bekannt ist.

Beim Aufnehmen eines Bildes mit einer von einem Fotogra­ fen gehaltenen Kamera tritt leicht eine nicht wünschens­ werte Bewegung der optischen Achse der Kamera aufgrund eines Verwackelns 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 einem unscharfen Bild. Das Kameraverwackeln, welches in starkem Maße von der Fähig­ keit des Fotografen abhängt, kann bis zu einem gewissen Ausmaß durch Vergrößern der Offenblende (Erniedrigen der F-Zahl von Objektiven) oder durch Erhöhen der Filmempfindlich­ keit eliminiert werden, wodurch die Belichtungszeit verkürzt werden kann.

Hinsichtlich der Grenzen, ein derartiges Kameraver­ wackeln über Software (Fähigkeit des Fotografen) oder Hardware (Erniedrigen der F-Zahl von Objektiven oder Erhöhen der 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 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 sind zwei 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 Win­ kelbeschleunigungssensoren 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.

Die eingangs genannte bekannte Einrichtung dient zum Einsatz in Beschleunigungsmessern und Gyroskopen. Sie hat einen vierpoligen Stator, zwischen dessen Polen ein Wechselfeld und ein Gleichfeld erzeugt wird, in denen sich ein permanentmagnetisches Element drehen kann. Diese Konstruktion ist raumaufwendig und benötigt ein Wechselfeld, was sie für den Einsatz z. B. in einer Kamera ungeeignet macht.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen kleinen und hocheffizienten Winkelbeschleunigungssensor zu schaffen, der in einer Abbildungsunschärfen- Korrekturvorrichtung einer Kamera vorgesehen werden kann und zu seinem Betrieb kein Wechselfeld benötigt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Als Sensorelement kann ein Hall-Element, ein 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 Auslenkung 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.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist für eine Abbildungsunschärfen-Korrekturvorrichtung in einer Kamera entwickelt worden, die Anwendungsgebiete dessel­ ben sind jedoch nicht auf die Abbildungsunschärfen-Kor­ rekturvorrichtung begrenzt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat einen verminderten magnetischen Streufluß aus einem Permanentmagneten, eine erhöhte Empfindlichkeit des Sensorelements, eine verbesserte Betriebsstabilität und ein vermindertes Rauschen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Winkelbeschleunigungs­ sensors gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2A eine Schnittansicht eines Winkelbeschleuni­ gungssensors gemäß einer zweiten Ausführungs­ form;

Fig. 2B eine perspektivische Explosionsansicht des in Fig. 2A gezeigten Winkelbeschleunigungssensors,

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

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

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

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

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

Die Fig. 5A und 5B zeigen eine 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 22 angeordnet, die zusam­ men mit dem Hauptobjektiv 21 ein optisches System bildet. Die Korrekturlinse 22 ist an einer Korrekturlinsenfassung 23 befestigt.

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

Wenn bei der oben erwähnten Anordnung die Ansteuerspan­ nung an die Platte 25 angelegt wird, kann die Korrekturlinse 22 über die Korrekturlin­ senfassung 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 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, an die Platte 25, 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 anzulegende Ansteuerspannung wird gemäß dem Grad des Kameraverwackelns und der Winkelbeschleunigung be­ stimmt.

Ein übermäßiger Versatz der Korrekturlinsenfassung 23 wird durch einen Anschlag 26 verhindert, der einen obe­ ren Anschlagarm 28 und einen unteren Anschlagarm 29 in Entsprechung zu einem Anschlagvorsprung 27 hat, der an der Korrekturlinsenfassung 23 ausgebildet ist. Der Anschlagvorsprung 27 der Korrekturlinsenfassung 23 ist zwischen den Anschlagarmen 28 und 29 des Anschlags 26 plaziert, der von einem stationären Teil (nicht gezeigt) eines Objektivtubus gehalten wird, so daß die An­ schlagarme 28 und 29 eine übermäßige Deformation oder einen übermäßigen Versatz der Platte 25 verhindern, der z. B. durch einen von außen auf die Kamera aufgebrachten Schlag hervorgerufen werden könnte.

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 Platten 25 aus bimorphen Zellen vorzusehen, die sich in zwei Richtungen senkrecht zuein­ ander bezüglich der Korrekturlinsenfassung 23 er­ strecken, um die Korrekturlinse 22 in den zwei zueinan­ der senkrechten Richtungen zu bewegen.

Die Fig. 6A und 6B zeigen eine weitere Ausführungsform einer 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 22a ist an der Korrekturlinsenfassung 23a befestigt. Die Platte 25a aus bimorphen Zellen und ein Blattfederelement 31 sind über bzw. unter der Korrekturlinse 22a angeordnet. Die Platte 25a und das Blattfederelement 31 sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Horizon­ tallinie geneigt, die durch den Mittelpunkt der Korrek­ turlinse 22a geht. Die Platte 25a und das Blattfederelement 31 sind jeweils an ihrem einen Ende mit einem stationären Teil 24a eines Objektivtubus verbunden. Das andere Ende des Blattfederelementes 31 ist an der Korrekturlin­ senfassung 23a befestigt, so daß das Blattfederelement 31 einen Ausleger bildet, der die Korrekturlinse 22a trägt.

Die Platte 25a ist an ihrem anderen Ende mit der Korrekturlinsenfassung 23a 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 25a und an ihrem anderen Ende mit der Korrekturlinsenfassung 23a verbunden. Die Federplatte 32 gewährleistet eine sanfte bzw. gedämpfte Deformation der Platte 25a. Wenn nämlich die Platte 25a direkt - also ohne die Federplatte 32 - mit der Korrekturlinsen­ fassung 23a verbunden ist, kann in der Platte 25a aufgrund der Deformation der Platte 25a aus bimorphen Zellen eine große Belastung bzw. Spannung hervorgerufen werden. Dies kann durch die Federplatte 32 wirksam verhindert werden. Wenn daher die Platte 25a aus 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 25a direkt mit der Korrekturlinsenfassung 23a verbunden ist.

Das Anschlagelement 26a, welches dem Anschlag 26 in der ersten Ausführungsform entspricht, ist zwischen einer unteren Anschlagfläche 27a und einer oberen Anschlagflä­ che 28a der Korrekturlinsenfassung 23a angeordnet, so daß das Anschlagelement 26a in Anlage an die Anschlag­ flächen 27a und 28a kommen kann, um einen übermäßigen Versatz der Platte 25a 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 25a aus bimorphen Zellen und des Blattfederelementes 31 zu dem feststehenden Teil 24a 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 25a aus bimorphen Zellen und des Blattfederelementes 31 zu der Korrekturlinsenfassung 23a (Korrekturlinse 22a) 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 d₁ zwischen den Befestigungsenden A und B der Platte 25a aus bimorphen Zellen und des Blattfe­ derelementes 31 ist größer als der Abstand d₂ zwischen den Verbindungsenden C und D derselben; und
• 4) Die optische Achse der Korrekturlinse 22a 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 25a aus bimorphen Zellen angelegt wird, wird die Platte 25a deformiert, um die Korrekturlinse 22a in Richtung nach oben oder unten zu bewegen oder abzulenken. In Fig. 6B ist die Platte 25a konvex nach oben deformiert, so daß sich die Korrekturlinsenfassung 23a nach unten bewegt, um das Blattfederelement 31 als gan­ zes elastisch zu biegen. Da der Abstand d₁ zwischen den Befestigungsenden A und B der Platte 25a und dem Blattfederelement 31 größer ist als der Abstand d₂ zwischen den Verbindungsenden C und D dersel­ ben, kommt das deformierbare Ende (rechte Ende) der Platte 25a dichter an den festste­ henden Teil 24a, wohingegen das freie Ende (rechte Ende) des Blattfederelementes 31 sich von dem feststehenden Teil 24a wegbewegt. Als Ergebnis bewegt sich die ganze Korrekturlinsenfassung 23a nach unten und wird um einen Neigungswinkel R bezüglich der Vertikalrichtung geneigt. Der Versatz der Korrekturlinse 22a ist größer als der Versatz des deformierbaren Endes der Platte 25a. Der Versatz der Platte 25a ist nämlich erweitert bzw. vergrößert und wird auf die Korrekturlinse 22a 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 22a zusammenfällt, wenn an die Platte 25a keine Ansteuerspannung angelegt wird.

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

In Fig. 1, die eine erste Ausführungsform des Winkelbe­ schleunigungssensors 1 zeigt, enthält ein zylindrisches Sensorgehäuse 2 einen länglichen Sensorarm 3, der aus einem hochpermeablen Material be­ steht. Der Sensorarm 3 ist mittig auf einer Drehachse 4 in einer ausbalancierten Position gelagert. Die Drehachse 4 hat ein Lager mit möglichst geringem Drehwiderstand, wie einem Schwenklager, so daß der Sensor­ arm 3 auf der Drehachse 4 ausbalanciert ist.

Der Sensorarm 3 ist an seinen beiden Enden mit Permanentmagneten 5 und 6 versehen. Das Gehäuse 2 hat an einem seiner Enden als Sensorelement einen Magnetsensor 7, z. B. 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 starkmagnetischem Material wie 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 der Spule 8 schneidet. Wenn ein elektrischer Strom die Spule 8 durchfließt, wird eine Rotationskraft auf den Sensorarm 3 ausgeübt.

Der Magnetsensor 7 gibt kein Signal ab, 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 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 1A. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu den Be­ standteilen der oben erwähnten ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ein Paar magnetisch induktiver Jochele­ mente 9, die geteilte identische Jochhälften bilden, an gegenüberliegenden Seiten des Sensorarms 3 vorgesehen und festgelegt. Die Verbesserung der zweiten Ausführungsform ist auf den Mechanismus zum Befestigen der Jochelemente 9 an dem Sensor­ arm 3 gerichtet.

Jedes der Jochelemente 9 hat eine U-Form mit einem länglichen Plattenabschnitt 9a, der sich entlang der Länge des Sensorarms 3 er­ streckt, und mit gebogenen Endabschnitten 9b, die in Richtung auf den Sensorarm 3 gebogen sind. Die Jochelemente 9 sind in symmetrischer Anordnung bezüglich der Längsmittellinie des Sensorarms 3 angeordnet. Jeder der länglichen Plattenabschnitte 9a hat ein Paar Monta­ gelöcher 9c, und der Sensorarm 3 hat Vorsprünge 3b, die in die Montagelöcher 9c eingepaßt werden können. Ein Paar von Jochhälften 9 ist mit dem Sensorarm 3 durch Eingriff der Vorsprünge 3b in die entsprechenden Montagelöcher 9c und die magnetische Anziehung der Permanentmagneten 5 und 6 festgelegt. In dem verbundenen Zustand kommen die gebogenen Enden 9b der Jochhälften 9 in Kontakt mitein­ ander, wobei sich die gebogenen Enden 9b auf der einen Seite des Sensorarms 3 durch einen Hohlraum 8a (Fig. 2B) der Spule 8 erstrecken, und die gebogenen Enden 9b 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 rechteckige Form bilden.

Die Jochelemente 9, die an dem Sensorarm 3 befestigt sind, um die Permanentmagneten 5 und 6 zu umgeben, können den magnetischen Streufluß 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, die Spule 8 durchfließender 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 Streuflusses hat eine Wirkung von Eisenteilen auf die Vorrichtung einen geringeren Einfluß.

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 an seinen beiden Enden mit Magneteinsetznuten 3a versehen, in die die Permanentmagnete 5 und 6 ein­ gesetzt werden. Die Permanentmagnete 5 und 6 bestehen vorzugsweise aus sel­ tenen Erden. Wenn eine präzise Passung zwischen den Permanentmagneten 5, 6 und den Magneteinsetznuten 3a erreicht wird, ist kein besonderer Klebstoff notwendig, um die Permanentmagnete 5 und 6 durch magnetische Anziehungskraft an dem Sensorarm 3 zu befestigen, der vorzugsweise aus einem Material mit hoher Permeabilität besteht.

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

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

Der Winkelbeschleunigungssensor 1 (1A) ist in eine Kamera 15 derart eingebaut, daß er in deren Normallage vertikal positioniert ist und die Drehachse 4 senkrecht zu der optischen Achse ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Unter der Annahme, daß sich die optische Achse O aufgrund einer Rotationsbewegung der Kamera um den Punkt P in eine optische Achse O′ um einen Winkel R(t) bewegt, der eine Funktion der Zeit ist, und wenn kein Strom in die Spule 8 des Winkel­ beschleunigungssensors 1 (1A) fließt, neigt der Sensor­ arm 3 aufgrund der Trägheit zum Rotieren, um die Vertikalposition senk­ recht zur Erde 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 d²R/dt² des Abweichungswinkels R(t) erhalten werden. Der Grund hierfür wird nun erläutert.

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 7a und 7b des Magnetsensors 7 erzeugt wird. Die Potentialdifferenz wird dem Differenz­ verstärker 10 zugeführt. Die verstärkte Spannung wird der Schaltung zugeführt, die die Spule 8 und den mit ihr 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 ausgeübt, 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 dem Stromwert, der zum Beihalten der Position des Permanentmagneten 5 dem Mittelpunkt der Frontflä­ che des Magnetsensors 7 gegenüber nötig ist, gegen die Träg­ heit des Sensorarms 3 aufgrund des Abweichungswinkels R(t) an dem Wider­ stand 11 erzeugt, der in Serie mit der Spule 8 liegt. Die Spannung ist proportional der Winkelbe­ schleunigung d²R/dt² 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 dem Abweichungswinkel R(t) der optischen Achse am Ausgang der Integrations­ schaltung 13 erhalten werden kann. Dieses Ausgangssignal 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 25a aus bimorphen Zellen zugeführt. Als ein Ergebnis wird die Korrekturlinse 22 (22a) durch den Versatz entsprechend der Winkelabweichung R(t) der optischen Achse bewegt, um sie auszuglei­ chen oder zu absorbieren oder zumindest zu reduzieren.

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

Unter der Annahme, daß bei Aufnahmebedingungen, bei denen die Brennweite f 40 mm und die Objekt­ entfernung L 4 m 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:

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 (1A) z.B. am Boden der Kamera oder in der Nähe desselben auf eine solche Weise zu plazie­ ren, daß die Drehachse 4 senkrecht zu der optischen Achse O und der Erdoberfläche ist, so daß die Korrektur­ linse 22 (22a) von einem Paar Platten 25 (25a) aus bimorphen Zellen angetrieben werden kann, die senkrecht zueinander sind.

Der Winkelbeschleunigungssensor 1 (1A) 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. Hierbei werden die Ausgangssignale des Verstärkers 14 als eine Funktion der Winkelbeschleunigung ausgegeben.

Wie aus dem Vorangegangenen ersichtlich, kann 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 Drehachse 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 Streufluß 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 auch mit geringem Spulenstrom betrieben werden.

Da weiterhin der Magnetfluß, der durch den Magnetsensor fließt, erhöht wird und da die Empfindlichkeit des Ma­ gnetsensors hoch ist, 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 Streuflusses ist ein Einfluß von Eisenteilen auf die Vorrichtung minimal.

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 erfaßten Winkelabwei­ chung angetrieben werden kann, um eine Abbildungsun­ schärfe effektiv zu eliminieren.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals, dessen Amplitude proportional der Verlagerung des beweglichen Elements eines Beschleunigungssensors ist, welches in seinem Schwerpunkt drehbar gelagert ist, an zwei einander gegenüberliegenden Enden Permanentmagnetpole hat, deren einer durch Drehen des beweglichen Elements jeweils relativ zu einem ortsfesten elektrischen Sensorelement und deren anderer relativ zu einer Erregerspule bewegbar ist, insbesondere zum Steuern einer Kompensationsvorrichtung für Kamerabewegung bei Verschlußauslösung, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (3) an jedem der beiden Enden einen Permanentmagneten (5, 6) trägt, der in Ruhelage des beweglichen Elements (3) dem Sensorelement (7) bzw. der Erregerspule (8) direkt gegenübersteht, daß das von dem Sensorelement (7) bei Verlagerung des ihm gegenüberstehenden Permanentmagneten (5) abgegebene elektrische Signal einem Verstärker (10) zugeführt wird, in dessen Ausgangsstromkreis die Erregerspule (8) liegt, welche so gepolt ist, daß sie den ihr gegenüberstehenden Permanentmagneten bei Verlagerung in die Ruhelage zurückstellt, und daß die Ausgangsspannung des Verstärkers (10) zweimal differenziert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (3) ein länglicher, mittig um eine Achse (4) quer zu seiner Längsrichtung drehbarer Arm ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (3) an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten mit einem Joch (9) versehen ist, welches als den Arm (3), die Permanentmagnete (5, 6) und das ortsfeste Sensorelement (7) einschließender Rahmen ausgebildet ist, der durch die Erregerspule (8) verläuft.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (9) aus zwei gleichen U-förmigen Jochhälften zusammengesetzt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (7) ein Hall-Element ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (7) ein magnetoresistives Element ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (10) ein Differenzverstärker ist, dessen Ausgangsspannung an einem mit der Erregerspule (8) in Reihe geschalteten Widerstand (11) abfällt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch ein die Drehbewegung des Arms (3) begrenzendes Gehäuse (2).