DE4010729C2 - Beschleunigungssensor - Google Patents
BeschleunigungssensorInfo
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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).
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