DE69426060T2

DE69426060T2 - Lichtablenkvorrichtung mit Detektion der Winkelabweichung

Info

Publication number: DE69426060T2
Application number: DE69426060T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Noguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: DE69426060D1; EP0662626A1; EP0662626B1; US5689369A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtablenkvorrichtung mit einer Winkelabweichungserfassungsvorrichtung zum Erfassen des Winkelabweichungszustands der Ablenkungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung eine verstellbare Fläche eines verstellbaren Brechungswinkelprismas aufweist.

Zugrundegelegter Stand der Technik

Ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, siehe zum Beispiel EP-A-0 410 419.
Eine herkömmliche ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung hat eine in Fig. 19 gezeigte Anordnung. Ein verstellbares Brechungswinkelprisma 101 ist durch zum Beispiel aus Glas bestehende durchsichtige Platten 101-1P und 101-1Y, Stützrahmen 101-2P und 101-2Y zum Stützen der durchsichtigen Platten 101-1P und 101-2Y, Verstärkungsringen 101-3P und 101-3Y zum Verstärken der Stützrahmen 101-2P und 101-2Y, einen Balgfilm 101-4 zum Koppeln der Stützrahmen 101-2P und 101-2Y und eine (nicht gezeigte) einen hohen Brechnungsindex aufweisende durchsichtige Flüssigkeit gebildet, die in einen durch diese Bauteile ausgebildeten Raum gefüllt ist. Ein Objektivtubus, in dem die ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung zusammenzubauen ist, hat einen Abschnitt 102 mit Linsen 103a, 103b, 103c aus Linsengruppen eines optischen Systems des Objektivtubus. Ein Stützbauteil 104 ist am Objektivtubus befestigt. Ein Sackloch 104aY und ein Durchgangsloch 104bY sind koaxial im Stützbauteil ausgebildet, so daß sie eine Schwingungsachse Y-Y für ein Schwingen einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 101 in der Seitenabweichungsrichtung festlegen. Obwohl es nicht gezeigt ist, hat das Stützbauteil 104 in einer zur Achse Y-Y senkrechten Richtung auch eine Schwingungsachse P-P für ein Schwingen der anderen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 101 in der Längsneigungsrichtung. Ein Halterahmen 105Y hält das verstellbare Brechungswinkelprisma 101. Der Halterahmen 105Y hat einen in das Sackloch 104aY gepaßten wellenartigen Vorsprung, und ein in das Durchgangsloch 104bY gepaßter Zapfen 106Y ist unter Druck in den Halterahmen 105Y gepaßt. Mit dieser Anordnung ist der Halterahmen 105Y so gestützt, daß er um die Schwingungsachse Y-Y schwingen kann. Der Zapfen 106Y wird durch eine Blattfeder 107Y vorgespannt und hält die Position des Halterahmens 105Y relativ zum Sackloch 104aY. Ein Halterahmen 105P hält das verstellbare Brechungswinkelprisma 101 und ist so gestützt, daß er um die Schwingungsachse P-P in der Längsneigungsrichtung auf dieselbe Weise schwingen kann wie die Anordnung um die Schwingungsachse Y-Y. Eine durchsichtige Schutzplatte 108 schützt den Mechanismusabschnitt des verstellbaren Brechungswinkelprismas 101 vor einer äußeren Kraft, Staub und dergleichen. Die Schutzplatte 108 ist durch einen Halterahmen 109 gehalten.
Das verstellbare Brechungswinkelprisma 101 hat einen durch einen Herstellungsfehler hervorgerufenen Dickenunterschied und einen Achsenunterschied (Achsenverschiebung) der Verstärkungsringe 101-3P und 101-3Y. Um die Achsenverschiebung aufzufangen, sind der Verstärkungsring 101-3Y und der Halterahmen 105Y durch Passung befestigt, und der Verstärkungsring 101-3P und der Halterahmen 105P weisen einen Spalt in der radialen Richtung zwischen sich auf. Um den Dickenunterschied aufzufangen, haben ferner die oben angeführten Bauteile Spalte in der Längsrichtung, und die zwei Flächen des verstellbaren Brechungswinkelprismas 101 sind durch beim Zusammenbauen erfolgendes Füllen eines Klebstoffs in die Spalte so gestützt, daß sie um die Schwingungsachsen Y-Y und P-P schwingen können.
Weil die zwei Flächen des verstellbaren Brechungswinkelprismas unabhängig in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung schwingen, ist jedoch im oben angeführten Stand der Technik jeweils Platz erforderlich, um die Schwingungen der zwei Flächen zu erlauben. Wenn das verstellbare Brechungswinkelprisma an der vordersten Position des optischen Systems angeordnet ist, ist zusätzlich ein Schutzbauteil erforderlich, was einen großen erforderlichen Platz und hohe Kosten zur Folge hat.
Die Zusammenfassung der Druckschrift JP-A-61-212 707 offenbart eine Vorrichtung zum Messen des Versatzwinkels eines sich schnell bewegenden Objekts durch axiales Ausrichten eines vom Objekt reflektierten Strahls mit einer Bewegungsachse des Objekts durch Drehen der den Strahl erzeugenden Lichtquelle und der den reflektierten Strahl aufnehmenden Erfassungseinrichtung.
Die Druckschrift US-A-5153633 offenbart eine Bildstabilisierungsvorrichtung für eine Kamera mit einer Korrekturlinse und Längsneigungs- und Seitenabweichungssensoren zum Erfassen der Längsneigung und Seitenabweichung der Korrekturlinse. Die Linse wird festgestellt, wenn der Auslöser der Kamera betätigt wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Lichtablenkvorrichtung vorgesehen, wie sie in Patentanspruch 1 dargelegt ist.
Ein Merkmal der Erfindung ist, eine Winkelabweichungszustandserfassungsvorrichtung vorzusehen, die einen Abweichungszustand eines beweglichen Abschnitts erfaßt, der abweichen kann, und einen Erfassungsabschnitt zum Erfassen einer vorbestimmten Winkelabweichungskomponente des beweglichen Abschnitts hat, ohne durch eine Abweichungskomponente des beweglichen Abschnitts beeinflußt zu sein, die sich von der vorbestimmten Winkelabweichungskomponente unterscheidet.
Mit dieser Anordnung kann der Winkelabweichungszustand des beweglichen Abschnitts genau erfaßt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines beweglichen Abschnitts;
Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen erläuternde Ansichten eines Brechungswinkelsensors;
Fig. 4 zeigt eine Ansicht zum Erläutern der Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Bildverwackelungskorrekturvorrichtung
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Richtung möglicher Bewegung eines in Fig. 6 gezeigten verstellbaren Brechungswinkelprismas;
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des verstellbaren Brechungswinkelprismas, seiner Antriebseinrichtung und dergleichen in Fig. 6;
Die Fig. 9A, 9B und 9C zeigen Schnittansichten des Aufbaus eines in Fig. 8 gezeigten Brechungswinkelsensors;
Fig. 10 zeigt eine Ansicht zum Erläutern des Brechungswinkelunterschieds des verstellbaren Brechungswinkelprismas des zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet;
Fig. 13 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines in Fig. 12 gezeigten beweglichen Abschnitts;
Fig. 14 zeigt eine Ansicht zum Erläutern der Unabhängigkeit von zwei Brechungswinkelerfassungseinrichtungen dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 15 zeigt ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen dem Spalt eines Stellglieds und der magnetischen Induktionsverteilung in der vertikalen Richtung im dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Signalverarbeitungsschaltung eines Hallelements dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet;
Die Fig. 18A und 18B zeigen Ansichten zum Erläutern des Mechanismus der Brechungswinkelerfassung dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer herkömmlichen Bildverwackelungskorrekturvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

(Erstes Ausführungsbeispiel, das nicht durch die Erfindung abgedeckt ist)

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils. Ein verstellbares Brechungswinkelprisma 1 ist durch durchsichtige Platten 1-1U und 1-1M, die zum Beispiel aus Glas bestehen, Stützrahmen 1-2U und 1-2M zum Stützen der durchsichtigen Platten 1-1U und 1-1M, Verstärkungsringe 1-3U und 1-3M zum Verstärken der Stützrahmen 1-2U und 1-2M, einen Balgfilm 1-4 zum Koppeln der Stützrahmen 1-2U und 1-2M und eine (nicht gezeigte) einen hohen Brechungsindex aufweisende durchsichtige Flüssigkeit gebildet, die in einen ausgebildeten Raum gefüllt ist. Ein Objektivtubus, in dem die ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung zusammenzubauen ist, hat einen Abschnitt 2 mit Linsen 3a, 3b und 3c aus Linsengruppen eines optischen Systems des Objektivtubus. Ein Stützbauteil 4 ist an dem Objektivtubus 2 befestigt. Ein Befestigungsrahmen 5 befestigt eine Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 am Stützbauteil 4 und ein Stützrahmen 6 ist an der anderen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 befestigt. (In Fig. 1 nicht gezeigte) Spulen 7P und 7Y sind zum Beispiel durch einen Klebstoff am Stützrahmen 6 an Positionen befestigt, an denen die Verlaufsrichtungen von der optischen Achse zu diesen Spulen senkrecht zueinander sind. Ein oberes Joch 8-P1, ein Magnet 8-P2 und ein unteres Joch 8-P3 als ein Unterlagejoch des Magneten 8-P2 sind an den zwei Flächen der Spule 7P so angeordnet, daß sie einen gegebenen Spalt zwischen sich aufweisen, um einen Magnetkreis auszubilden, wodurch ein Stellglied 8P gebildet wird (das obere Joch und der Magnet werden durch ein (nicht gezeigtes) Abstandsbauteil gehalten). Wenn die Spule 7P erregt wird, wird eine Lorenzkraft zum Antreiben des Stützrahmens 6 erzeugt. Ein (in Fig. 1 nicht gezeigtes) Stellglied 8Y mit der gleichen Anordnung wie oben ist auf der Spule 7Y angeordnet, und eine überlagerte Kraft der Stellglieder 8P und 8Y wirkt auf den Stützrahmen 6. Weil der Stützrahmen 6 nur über den biegsamen Balgfilm 1-4 an einen stationären Abschnitt gekoppelt ist, und die im verstellbaren Brechungswinkelprisma 1 gekapselte Flüssigkeit ein konstantes Volumen hat, wenn die überlagerte Kraft auf den Stützrahmen 6 wirkt, schwenkt die (durch den Stützrahmen 6 gestützte) bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 um einen ungefähren Mittelpunkt als eine Achse, wodurch ein Prismenbrechungswinkel ausgebildet wird.
Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines beweglichen Abschnitts und die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in Fig. 2 die gleichen Teile wie in Fig. 1. Eine Reflexionsplatte 9 ist durch Schrauben am Stützrahmen 6 befestigt, und hat Längsneigungs- und Seitenabweichungsreflexionsflächen 9Y und 9P. Die Richtungen der zwei Reflexionsflächen sind senkrecht zueinander. Ferner sind die zwei Reflexionsflächen so angeordnet, daß sie parallel zu den Stellgliedern 8P und 8Y sind.
Ein IRED-Element 10P mit einer Linse ist ein lichtausstrahlendes Element zum Strahlen eines kollimierten Infrarotlichtstrahls auf die Reflexionsfläche 9P bei einem gegebenen Winkel, und ein PSD-Element 11P ist ein Element zum Aufnehmen des durch die Reflexionsfläche 9P reflektierten kollimierten Infrarotlichtstrahls. Das IRED-Element 10P mit einer Linse und das PSD-Element 11P sind durch einen (in Fig. 2 nicht gezeigten) Halter 12P gehalten, der am Stützbauteil 4 befestigt ist. Die obige Kombination der Elemente bildet einen Brechungswinkelsensor in der Längsneigungsrichtung. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist in der Seitenabweichungsrichtung ebenso ein Brechungswinkelsensor angeordnet.
Der Brechungswinkelsensor wird unten mit Bezug zu den Fig. 3A, 3B und 3C erläutert. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in den Fig. 3A bis 3C die gleichen Teile wie in Fig. 2, aber die Längsneigungs- und die Seitenabweichungsrichtung bezeichnende Suffixe P und Y sind weggelassen.
Fig. 3A zeigt einen Zustand, bei dem der Schwingungswinkel 0º ist. Ein vom IRED-Element 10 mit einer Linse ausgestrahlter kollimierter Infrarotlichtstrahl wird durch die Reflexionsplatte 9 reflektiert, und ein Lichtstrahl, der durch einen im Halter 12 ausgebildeten Schlitzöffnungsabschnitt 12 s tritt, fällt auf das PSD-Element 11 ein. Fig. 38 zeigt einen Zustand, bei dem die Reflexionsplatte 9 um θ um eine gegebene Schwingungsachse R schwingt. Ein vom IRED- Element 10 mit einer Linse ausgestrahlter und durch die Reflexionsplatte 9 reflektierter kollimierter Infrarotlichtstrahl wird um 2θ geneigt, weil die Reflexionsplatte verglichen mit dem in Fig. 3A gezeigten Zustand um θ geneigt ist. Basierend auf einem durch den Schlitzöffnungsabschnitt 12 s tretenden Lichtstrahl kann daher ein dem Abstand vom Schlitzabschnitt zum PSD- Element 11 entsprechendes Ausgangssignal vom PSD-Element 11 erhalten werden. Wie aus Fig. 3C ersichtlich ist, die eine Änderung des Ausgangssignals bei translatorischer Verschiebung der Reflexionsplatte erläutert, ändert sich das vom PSD-Element erhaltene Ausgangssignal selbst bei einer translatorischen Verschiebung der Reflexionsplatte 9 in ihrer Ebene nicht. Fig. 3C zeigt einen Zustand, bei dem die Reflexionsplatte 9 in einer zu ihrer Ebene senkrechten Richtung (Pfeil A) translatorisch verschoben ist. Wie aus Fig. 3C zu sehen ist, wird der durch die Reflexionsplatte 9 reflektierte kollimierte Lichtstrahl in diesem Zustand in der Richtung eines Pfeils B translatorisch verschoben, und das vom PSD-Element erhaltene Ausgangssignal ändert sich nicht. Wie aus den Fig. 3A bis 3C zu sehen ist, ist das erhaltene Ausgangssignal bei dieser Sensoranordnung genauer nur zu einer Änderung des Winkels der Reflexionsplatte 9 proportional und ändert sich nicht in Abhängigkeit einer Änderung der räumlichen Position der Reflexionsplatte 9, wenn der vom IRED-Element 10 mit einer Linse ausgestrahlte kollimierte Infrarotlichtstrahl einen ausreichenden Durchmesser hat.
Die Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung wird unten mit Bezug zu Fig. 4 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden die Reflexionsplatten 9P und 9Y zum Reflektieren von kollimierten Infrarotlichtstrahlen in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung verwendet, und die x- und y-Achse entspricht jeweils der Schwingungsachse in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung. Ein Kreis in Fig. 4 stellt eine bewegliche Fläche (Glasfläche) 1-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas dar. Angenommen wird ein Fall, bei dem die bewegliche Fläche 1-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas um θ um eine um einem Winkel φ von der y-Achse (Seitenabweichungsachse) geneigte Achse schwingt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Neigungswinkel der beweglichen Fläche in der Längsneigungs- und
Seitenabweichungsrichtung jeweils gegeben durch:
α = θ sinφ, β = θ cosφ
Wenn die Winkel α und β durch die Brechungswinkelsensoren erfaßt werden können, kann die Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung vollkommen gehalten werden. Weil die Sensorausgangssignale proportional zu den Neigungswinkeln der Reflexionsflächen 9P und 9Y sind, wie oben beschrieben ist, werden die Neigungswinkel der Reflexionsflächen 9P und 9Y berechnet. Wenn die Neigungswinkel der Reflexionsflächen jeweils durch αr und βr dargestellt sind, und Formeln aufgestellt werden, indem θ < < 1 gesetzt wird, um kleine Terme höherer Ordnung, gleich oder höher als vierter Ordnung, zu vernachlässigen, erhält man:
tan αr = tan α - 1/6θ³ · sinφ cos²φ
tan βr = tan β - 1/6θ³ cosφ sin²φ
Der zweite Term der rechten Seite ist der Term dritter Ordnung von θ. Zum Beispiel ist der zweite Term selbst im schlechtesten Fall ungefähr 1/1000 des ersten Terms, wenn "θ = 3 Grad". Daher stellt dieser Betrag kein praktisches Problem für die Längsneigungs- und Seitenabweichungsbrechungswinkelsensoren, obwohl eine Nebenkomponente erzeugt wird.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendenden Bildverwackelungskorrekturvorrichtung. Das verstellbare Brechungswinkelprisma 1 ist im vordersten Abschnitt eines photographischen optischen Systems 20 angeordnet. Ein Vibrationskreisel 21 als ein Winkelgeschwindigkeitssensor ist an einem stationären Bauteil der Vorrichtung befestigt und gibt die Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung als ein Signal aus. Das Winkelgeschwindigkeitssignal ist einer Verarbeitung, wie zum Beispiel BPF, in einer Signalverarbeitungseinrichtung 22 unterworfen, und das verarbeitete Signal wird durch eine Integriereinrichtung 23 integriert, um in ein Winkelsignal a der Vorrichtung umgewandelt zu werden. Der oben angeführte Brechungswinkelsensor 24 gibt ein zum Brechungswinkel des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 proportionales Signal aus. Dieses Signal ist einer Verarbeitung, wie zum Beispiel einer Verstärkung, einem Filterprozeß und dergleichen, in einer Signalverarbeitungseinrichtung 25 unterworfen, um in ein Brechungswinkelsignal b umgewandelt zu werden. Eine Addiereinrichtung 26 addiert das Brechungswinkelsignal b und das Winkelsignal a der Vorrichtung mit entgegengesetzten Polaritäten, um ein Signal c zu erhalten, und das Signal c wird durch einen Verstärker 27 verstärkt. Das verstärkte Signal wird durch eine Antriebseinrichtung 28 in ein Antriebssignal umgewandelt, und das Antriebssignal treibt ein Stellglied 29 an, wodurch der Prismenbrechungswinkel des verstellbaren Brechungswinkelprismas geändert wird.
Bei dieser Blockanordnung bilden die Blöcke 24 bis 29 einen das verstellbare Brechungswinkelprisma 1 umfassenden Rückkopplungskreis mit dem verstellbaren Brechungswinkelprisma, so daß das Signal c gleich 0 wird, das heißt, das Winkelsignal a der Vorrichtung wird gleich dem Brechungswinkelsignal b des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1. Weil das verstellbare Brechungswinkelprisma 1 in einer Richtung zum Aufheben der Bewegung der Vorrichtung angetrieben wird, kann eine Bildverwackelung ohne Zustandsänderung des auf das photographische optische System einfallenden Lichtstrahls korrigiert werden. Fig. 5 zeigt die Anordnung für nur eine Achse (Längsneigungs- oder Seitenabweichungsrichtung). Wie oben beschrieben ist, kann eine Bildverwackelungskorrektur in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung durch Antreiben von nur einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas durchgeführt werden, weil die Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung praktisch erhalten bleibt, wenn die koaxialen Anordnungen in Übereinstimmung mit der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung vorgesehen werden und unabhängig geregelt werden.
Dieses oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann die folgenden eindeutigen Wirkungen vorsehen.
1. Weil der Stützmechanismus für die bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas keinen gleitbaren Lagerabschnitt aufweist, wie zum Beispiel eine Stift-Loch-Kombination, wird keine zusätzliche Belastung infolge von Reibung beaufschlagt.
2. Weil das Brechungswinkelsensorausgangssignal nur vom Winkel der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas abhängt und bei der rückgekoppelten Regelung auf ein Sollwinkelsignal keine unnatürliche Verformung des Balgfilmabschnitts des verstellbaren Brechungswinkelprismas erzwingt (die bewegliche Fläche schwingt um eine Schwingungsachse), kann der Antriebsbetrieb durch eine minimale Antriebskraft erzielt werden.
3. Weil das Brechungswinkelsensorausgangssignal Empfindlichkeit nur bezüglich des Winkels hat, selbst wenn das verstellbare Brechungswinkelprismenelement unter Herstellungsunterschieden (einem Dickenunterschied, einem Achsenunterschied der zwei Flächen, einem Einrollen des Balgfilms und dergleichen) leidet, beeinflussen diese Unterschiede die Leistungsfähigkeit der Bildverwackelungskorrekturfunktion nicht.
4. Weil der Stützmechanismus für die bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas keinen gleitbaren Lagerabschnitt, wie zum Beispiel eine Stift- Loch-Kombination, aufweist und das Ausgangssignal vom Brechungswinkelsensor Empfindlichkeit nur bezüglich des Winkels hat, ist die Leistungsfähigkeit der Bildverwackelungskorrekturfunktion gegen eine Umgebungsänderung beständig. Zum Beispiel tritt keine Vergrößerung der Belastung infolge einer Vergrößerung des Seitendrucks des Lagerabschnitts auf, weil kein Lagerabschnitt angeordnet ist, selbst wenn sich die Dicke des verstellbaren Brechungswinkelprismas infolge einer hohen oder niedrigen Temperatur, eines hohen oder niedrigen Drucks oder dergleichen ändert. Auch ist ein Auslaufen eines Öls im Lagerabschnitt aufgrund von Alterung, Staubeintritt und dergleichen nicht zu befürchten. Selbst wenn der Balgfilm in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit eine Kriecherscheinung verursacht und die Position der beweglichen Fläche leicht verschoben wird, ändert ein derartiges Verschieben das Brechungswinkelsensorausgangssignal nicht.
5. Weil der Brechungswinkelsensor eine Reflexionsbauartanordnung hat, kann der Winkel der beweglichen Fläche (der Winkel der Reflexionsfläche) des verstellbaren Brechungswinkelprismas mit verdoppelter Empfindlichkeit erfaßt werden. Aus diesem Grund kann der Abstand zwischen dem Schlitzabschnitt und dem PSD-Element halbiert werden, wenn die Empfindlichkeit dieselbe bleibt, wodurch der Raumfaktor verbessert wird. Weil kein elektrisches Element auf der Seite des beweglichen Abschnitts angeordnet werden muß, tritt keine Vergrößerung der Belastung aufgrund von Verdrahtungen auf.
Im oben angeführten Ausführungsbeispiel sind die Reflexionsflächen des Längsneigungs- und Seitenabweichungsbrechungswinkelsensors in zur beweglichen Fläche 1-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 senkrechten Richtungen angeordnet. Jedoch sind bei dieser Sensoranordnung die Positionen des Sensors nicht auf die oben angeführten Positionen beschränkt, weil jedes Sensorausgangssignal Empfindlichkeit nur bezüglich des Winkel hat. Zum Beispiel können die Sensoren über der beweglichen Fläche 1-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas 1 angeordnet werden, so daß sie parallel 'zur beweglichen Fläche sind.
Wie oben beschrieben ist, kann gemäß dem oben angeführten Ausführungsbeispiel nur die Änderung des Winkels genau erfaßt werden, selbst wenn sich der Winkel eines beweglichen optischen Bauteils zusammen mit einer translatorischen Verschiebung ändert. Zusätzlich können die Freiheitsgrade des Stützverfahrens des beweglichen Bauteils verbessert werden.

(zweites Ausführungsbeispiel, das nicht durch die Erfindung abgedeckt ist)

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Bildverwackelungskorrekturvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Mit Bezug zu Fig. 6 ist ein verstellbares Brechungswinkelprisma 201 durch zum Beispiel aus Glas bestehende durchsichtige Platten 201-1U und 201-1M, Stützrahmen 201-2U und 201-2M zum Stützen der durchsichtigen Platten 201-1U und 201-1M, Verstärkungsringe 201-3U und 201-3M zum Verstärken der Stützrahmen 201-2U und 201-2M, einen Balgfilm 201-4 zum Koppeln der Stützrahmen 201-2U und 201-2M und eine (nicht gezeigte) einen hohen Brechnungsindex aufweisende durchsichtige Flüssigkeit gebildet, die in einem ausgebildeten Raum gefüllt ist.
Ein Objektivtubus, in dem die ein verstellbares Brechungswinkelprisma verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung zusammenzubauen ist, hat einen Abschnitt 202 mit Linsen 203a, 203b und 203c aus Linsengruppen eines optischen Systems des Objektivtubus. Ein Stützbauteil 204 ist am Objektivtubus 202 befestigt. Ein Befestigungsrahmen 205 befestigt eine Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 am Stützbauteil 204, und ein Stützrahmen 206 ist an der anderen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 befestigt.
Spulen 207P und 207Y (, die in Fig. 6 nicht gezeigt sind, aber in der später beschriebenen Fig. 8 gezeigt sind) sind zum Beispiel durch einen Klebstoff am Stützrahmen 206 befestigt, so daß ein rechter Winkel zwischen ihnen ausgebildet wird. Ein oberes Joch 208P1, ein Magnet 208P2 und ein unteres Joch 208P3 als ein Unterlagejoch des Magneten 208P&sub2; sind auf den zwei Flächen der Spule 207 so angeordnet, daß sie einen gegebenen Spalt zwischen sich aufweisen, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wodurch ein Stellglied 208P gebildet wird (das obere Joch und der Magnet sind durch ein (nicht gezeigtes) Abstandsbauteil gehalten). Wenn die Spule 207P erregt wird, wird eine Lorenzkraft zum Antreiben des Stützrahmens 206 erzeugt. Ein Stellglied 208Y (, das in Fig. 6 nicht gezeigt ist, aber in der später beschriebenen Fig. 8 gezeigt ist) mit der gleichen Anordnung wie oben ist auf der Spule 207Y angeordnet, und eine überlagerte Kraft der Stellglieder 208P und 208Y wirkt auf den Stützrahmen 206.
Eine Verformung des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 durch diese überlagerte Kraft wird unten mit Bezug zu Fig. 7 beschrieben.
Wenn eine Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 befestigt ist, und die andere Fläche so angeordnet ist, daß sie beweglich ist, sind insgesamt sechs Freiheitsgrade der Bewegung einer beweglichen Fläche 201- 1U, das heißt, Bewegungen in den entsprechenden Achsrichtungen und Drehungen um diese Achsen nutzbar, falls zur Mittelebene des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 senkrechte Achsen durch X und Y dargestellt werden, und eine zu den Achsen X und Y senkrechte Achse durch Z dargestellt wird.
Zu bemerken ist, daß die bewegliche Fläche über den Balgfilm mit einer hohen Dehnbarkeit in der Richtung der Z-Achse mit der stationären Fläche gekoppelt ist, und eine Flüssigkeit in das Prisma gefüllt ist. Daher werden die Bewegungen der beweglichen Fläche in der X- und Y- Richtung durch den Balgfilm gelenkt, und die Bewegung der beweglichen Fläche in der Z-Richtung wird durch die Inkompressibilität der gekapselten Flüssigkeit und die Spannung des Balgfilms gelenkt. Auch der Freiheitsgrad (Drehung in Prismenebene) der Drehung um die Z-Achse wird durch den Balgfilm gelenkt. Folglich sind die Freiheitsgrade, die leichte Umordnung der beweglichen Fläche hinsichtlich der stationären Fläche erlauben, auf zwei Freiheitsgrade beschränkt, das heißt, auf die Drehung (in Längsneigungsrichtung) um die X-Achse und die Drehung (in Seitenabweichungsrichtung) um die Y-Achse. Zusätzlich liegt die Drehachse in der Mittelebene des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201, wenn das verstellbare Brechungswinkelprisma eine symmetrische Form hat. Genauer schwenkt die bewegliche Fläche 201 hinsichtlich der stationären Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 in der Richtung der überlagerten Kraft, wenn die überlagerte Kraft der Stellglieder 208P und 208Y in Fig. 6 auf den Stützrahmen 206 wirkt, wodurch ein Prismenbrechungswinkel ausgebildet wird.
Fig. 8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines beweglichen Abschnitts, und die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in Fig. 8 die gleichen Teile wie in Fig. 6.
Mit Bezug zu Fig. 8 ist eine Reflexionsplatte 209 durch Schrauben am Stützrahmen 206 befestigt, und hat Längsneigungs- und Seitenabweichungsreflexionsflächen 209Y und 209P. Die zwei Reflexionsflächen legen einen rechten Winkel zwischen sich fest und sind auch zur Mittelebene der zwei Flächen des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 in einem Ausgangszustand senkrecht. Ferner sind die zwei Reflexionsflächen so angeordnet, daß sie jeweils parallel zu den Stellgliedern 208P und 208Y sind. Eine IRED 210P ist ein lichtausstrahlendes Element zum Strahlen von Infrarotlicht auf die Längsneigungsreflexionsfläche 209P bei einem gegebenen Winkel, und eine PSD 211P ist ein Element zum Aufnehmen eines durch die Längsneigungsreflexionsfläche 209P reflektierten Infrarotlichts.
Die IRED 210P und die PSD 211P werden durch einen Halter 212P (, der in Fig. 8 nicht gezeigt ist; später mit Bezug zu Fig. 9 beschrieben wird) gehalten, und der Halter 212P ist am in Fig. 6 gezeigten Stützrahmen 204 befestigt. Die oben angeführte Kombination bildet einen Brechungswinkelsensor in der Längsneigungsrichtung. In der Seitenabweichungsrichtung ist ein Brechungswinkelsensor angeordnet, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Der Brechungswinkelsensor wird unten mit Bezug zu den Fig. 9A, 9B und 9C beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in den Fig. 9A bis 9C die gleichen Teile wie in Fig. 8, aber die die Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung bezeichnenden Suffixe P und Y sind weggelassen.
Fig. 9A zeigt den Zustand eines Schwingungswinkels von 0º. Bei diesem Zustand wird das von der IRED 210 ausgestrahlte Infrarotlicht durch die Reflexionsplatte 209 reflektiert und fällt über einen im Halter 212 ausgebildeten Schlitzöffnungsabschnitt 212 s auf die PSD 211. Eine durch eine Strich-Punkt-Linie C angezeigte Ebene ist eine Ebene, die eine Schwingungsachse R umfaßt und senkrecht zur optischen Achse ist. Der örtliche Zusammenhang zwischen der IRED 210 und der Reflexionsplatte 209 ist so festgelegt, daß die Mitte des Lichtstrahls am Schnittpunkt der IRED 210, der Reflexionsplatte 209 und der Strich-Punkt-Linie C gelegen ist.
Fig. 9B zeigt einen Zustand, bei dem die Reflexionsplatte 209 um einen Winkel θ um die (in der Mittelebene des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 vorhandene) Schwingungsachse R schwingt. In diesem Fall wird ein von der IRED 210 ausgestrahltes und durch die Reflexionsplatte 209 reflektiertes Infrarotlicht um einen Winkel φ geneigt, weil die Reflexionsplatte 209 verglichen mit dem in Fig. 9A gezeigten Zustand um einen Winkel θ geneigt ist. Daher kann ein dem Abstand vom Schlitzöffnungsabschnitt 212s zur PSD 211 entsprechendes Ausgangssignal basierend auf einem durch den Schlitzöffnungsabschnitt 212s tretenden Lichtstrahl von der PSD 211 erhalten werden.
Eine Änderung des Ausgangssignals aufgrund einer translatorischen Verschiebung der Reflexionsfläche wird unten beschrieben.
Wie aus Fig. 9A zu sehen ist, ändert sich das von der PSD 211 erhaltene Ausgangssignal nicht, selbst wenn die Reflexionsplatte 209 in der Richtung in ihrer Ebene translatorisch verschoben wird.
Fig. 9C zeigt einen Zustand, bei dem die Reflexionsplatte 209 in einer zu ihrer Fläche senkrechten Richtung (in der Richtung eines Pfeils A) translatorisch verschoben wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Ausgangssignal erzeugt, das einer durch X auf der PSD 211 angezeigten Lichtstrahlbewegung entspricht, weil sich der durch die Reflexionsplatte 209 reflektierte Infrarotlichtstrahl als ein Ganzes in der Richtung eines Pfeils B bewegt und divergiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Brechungswinkelsensoreinheit jedoch in der Gegend der Mittelebene des verstellbaren Brechungswinkelprismas angeordnet, und die Bewegung der Reflexionsfläche 209 in der Richtung des Pfeils A in Fig. 9C ist so bemessen, daß sie ein praktisch vernachlässigbarer Betrag ist, wobei ein Brechungswinkelsensorausgangssignal erhalten werden kann, das einer Änderung des Brechungswinkels des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 entspricht.
Die Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung wird unten mit Bezug zu Fig. 10 beschrieben.
Die Reflexionsplatten 209P und 209Y werden zum Reflektieren von Infrarotlichtstrahlen in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung verwendet, wie oben mit Bezug zu Fig. 8 beschrieben wurde, und die x- und Y-Achsen entsprechen jeweils Schwingungsachsen in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung. Ein Kreis stellt die bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 dar.
Angenommen wird der Fall, bei dem die beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 um θ um eine um einen Winkel φ von der Y-Achse geneigte Achse schwingt, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Neigungswinkel der beweglichen Fläche in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung jeweils gegeben durch:
α = θ sinφ
β = θ cosφ
Wenn die Winkel α und β durch die Brechungswinkelsensoren erfaßt werden können, kann die Unabhängigkeit der Brechungswinkelsensoren in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung vollkommen aufrechterhalten werden. Weil die Sensorausgangssignale proportional zu den Neigungswinkeln der Reflexionsflächen 209P und 209Y sind, wie oben beschrieben ist, werden die Neigungswinkel der Reflexionsflächen 209P und 209Y berechnet. Wenn die Neigungswinkel der Reflexionsflächen jeweils durch αr und βr dargestellt sind, und Formeln aufgestellt werden, indem θ < < 1 gesetzt wird, um kleine Terme höherer Ordnung, gleich oder höher als vierter Ordnung zu vernachlässigen, erhält man:
tan αr = tan α - (1/6)θ³ · sinφ cos²φ
tan βr = tan β - (1/6)θ³ · cosφ sin²φ
Der zweite Term auf der rechten Seite ist der Term dritter Ordnung von θ. Zum Beispiel ist der zweite Term selbst im schlechtesten Fall ungefähr 1/1000 des ersten Terms, wenn "θ = 3 Grad". Daher stellt dieser Betrag kein praktisches Problem für die Längsneigungs- und Seitenbrechungswinkelsensoren, obwohl eine Nebenkomponente erzeugt wird.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild einer ein verstellbares Brechungswinkelprisma 201 verwendenden Bildverwackelungskorrekturvorrichtung.
Mit Bezug zu Fig. 11 ist das verstellbare Brechungswinkelprisma 201 in der vordersten Position eines photographischen optischen Systems 220 angeordnet. Ein Vibrationskreisel 221 ist als ein Winkelgeschwindigkeitssensor an einem stationären Bauteil der Vorrichtung befestigt und gibt die Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung als ein Signal aus. Das Winkelgeschwindigkeitssignal ist einer Verarbeitung, wie zum Beispiel BPF, in einer Signalverarbeitungseinrichtung 222 unterworfen, das verarbeitete Signal wird durch eine Integriereinrichtung 223 integriert, und das integrierte Signal wird als ein Winkelsignal a der Vorrichtung ausgegeben. Der oben angeführte Brechungswinkelsensor 224 gibt ein Signal proportional zum Brechungswinkel des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 aus. Dieses Signal ist einer Verarbeitung, wie zum Beispiel einer Verstärkung, einem Filterprozeß und dergleichen, in einer Signalverarbeitungseinrichtung 225 unterworfen und wird als ein Brechungswinkelsignal b ausgegeben. Eine Addiereinrichtung 226 addiert das Brechungswinkelsignal b und das Winkelsignal a der Vorrichtung mit entgegengesetzten Polaritäten, um ein Signal c zu erhalten, und das Signal c wird durch einen Verstärker 227 verstärkt. Das verstärkte Signal wird durch eine Antriebseinrichtung 228 in ein Antriebssignal umgewandelt, und das Antriebssignal treibt ein Stellglied 229 an, wodurch der Prismenbrechungswinkel des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 geändert wird.
Bei dieser Schaltungsanordnung bilden die Bauteile vom Brechungswinkelsensor 224 zum Stellglied 229 einen das verstellbare Brechungswinkelprisma 201 umfassenden Rückkopplungskreis, so daß das Signal c gleich 0 wird, das heißt, das Winkelsignal a der Vorrichtung wird gleich dem Brechungswinkelsignal b des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201. Weil das verstellbare Brechungswinkelprisma 201 in einer Richtung zum Aufheben der Bewegung der Vorrichtung angetrieben wird, kann eine Bildverwackelung ohne Zustandsänderung eines auf das photographische optische System 220 einfallenden Lichtstrahls korrigiert werden.
Fig. 11 zeigt die Anordnung für nur eine Achse (Längsneigungs- oder Seitenabweichungsrichtung). Wie oben beschrieben ist, kann eine Bildverwackelungskorrektur in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung durch Antreiben nur einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 durchgeführt werden, weil die Unabhängigkeit des Brechungswinkelsensors in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung praktisch erhalten bleibt, wenn die koaxialen Anordnungen in Übereinstimmung mit der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung vorgesehen und unabhängig geregelt werden.
Das oben angeführte Ausführungsbeispiel kann die folgenden eindeutigen Wirkungen vorsehen.
1) Weil der Stützmechanismus für die bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 keinen gleitbaren Lagerabschnitt aufweist, wie zum Beispiel eine Stift-Loch-Kombination, wird keine zusätzliche Belastung infolge von Reibung beaufschlagt.
2) Weil das Ausgangssignal vom Brechungswinkelsensor 224 nur auf den Winkel der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 anspricht und bei der rückgekoppelten Regelung auf ein Sollwinkelsignal keine außergewöhnliche Verformung des Balgfilmabschnitts des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 erzwingt (die bewegliche Fläche schwingt um eine Schwingungsachse), kann ein Antriebsbetrieb durch eine minimale Antriebskraft erzielt werden.
3) Weil das Ausgangssignal des Brechungswinkelsensors 224 Empfindlichkeit nur bezüglich einer Änderung des Winkels hat, selbst wenn das verstellbare Brechungswinkelprisma 201 unter Herstellungsunterschieden (einem Dickenunterschied, einem Achsenunterschied der zwei Flächen, einem Einrollen des Balgfilms und dergleichen) leidet, beeinflussen diese Unterschiede die Leistungsfähigkeit des Bildverwackelungskorrekturmechanismus nicht ungünstig (das heißt, die Steigung des Ausgangssignals des Brechungswinkelsensors 224 ändert sich nicht).
4) Weil der Stützmechanismus für die bewegliche Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 keinen gleitbaren Lagerabschnitt, wie zum Beispiel eine Stift- Loch-Kombination, aufweist und das Ausgangssignal vom Brechungswinkelsensor Empfindlichkeit nur bezüglich einer Änderung des Winkels hat, ist die Leistungsfähigkeit der Bildverwackelungskorrekturfunktion gegen eine Umgebungsänderung beständig. Zum Beispiel tritt keine Vergrößerung der Belastung infolge einer Vergrößerung des Seitendrucks des Lagerabschnitts auf, weil kein Lagerabschnitt angeordnet ist, selbst wenn sich die Dicke des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 infolge einer hohen oder niedrigen Temperatur, eines hohen oder niedrigen Drucks oder dergleichen ändert. Auch ist ein Auslaufen eines Öls im Lagerabschnitt aufgrund von Alterung, Staubeintritt und dergleichen nicht zu befürchten. Selbst wenn der Balgfilm in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit eine Kriecherscheinung verursacht und die Position der beweglichen Fläche leicht verschoben wird, ändert ein derartiges Verschieben die Steigung des Brechungswinkelsensorausgangssignals nicht.
5) Weil der Brechungswinkelsensor 224 eine Reflexionsbauartanordnung hat, kann die Empfindlichkeit bezüglich einer Änderung des Winkels der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 201 vergrößert werden, und der Abstand zwischen dem Schlitzabschnitt 212s und der PSD 211 kann verkürzt werden, wodurch der Raumfaktor verbessert wird. Weil kein elektrisches Element auf der Seite des beweglichen Abschnitts angeordnet werden muß, tritt keine Vergrößerung der Belastung aufgrund von Verdrahtungen auf.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Die Fig. 12 und 13 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel, in dem die Erfindung für eine Bildverwackelungskorrekturvorrichtung einer optischen Ausrüstung, wie zum Beispiel einer Videokamera, angewendet wird, und Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils des dritten Ausführungsbeispiels.
Mit Bezug zu Fig. 12 hat ein Objektivtubus, in dem die ein verstellbares Brechungswinkelprisma 231 verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung zusammenzubauen ist, einen Abschnitt 232 mit Linsen 233a, 233b und 233c aus Linsengruppen eines optischen Systems des Objektivtubus. Ein Stützbauteil 234 ist am Objektivtubus 232 befestigt. Ein Befestigungsrahmen 235 befestigt eine Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 am Stützbauteil 234, und ein Stützrahmen 236 ist an der anderen beweglichen Fläche 231-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 befestigt.
Spulen 237P und 237Y (in Fig. 12 nicht gezeigt) sind zum Beispiel durch einen Klebstoff am Stützrahmen 236 befestigt, so daß ein rechter Winkel zwischen ihnen ausgebildet wird. Ein oberes Joch 238P1, ein Magnet 238P2 und ein unteres Joch 238P3 als ein Unterlagejoch des Magneten 238P2 sind an den zwei Flächen der Spule 237P so angeordnet, daß sie einen gegebenen Spalt zwischen sich aufweisen, um einen Magnetkreis auszubilden, wodurch ein Stellglied 238P gebildet wird (das obere Joch und der Magnet werden durch ein (nicht gezeigtes) Abstandsbauteil gehalten). Wenn die Spule 237P erregt wird, wird eine Lorenzkraft zum Antreiben des Stützrahmens 236 erzeugt. Ein (in Fig. 13 nicht gezeigtes) Stellglied 236Y mit der gleichen Anordnung wie oben ist auf der Spule 237Y angeordnet, und eine überlagerte Kraft der Stellglieder 238P und 238Y wirkt auf den Stützrahmen 236.
Hallelemente 239P und 239Y (in Fig. 12 nicht gezeigt) erfassen die Stärken der durch die Magneten 23SF2 und 238Y2 erzeugten Magnetfelder. Die Hallelemente 239P und 239Y sind zum Beispiel durch einen Klebstoff an den Positionen der Mittelabschnitte der Spulen 237P und 237Y in der Gegend einer (durch eine Strich-Punkt-Linie D angezeigten) Ebene befestigt, die die Schwingungsachse der beweglichen Fläche das verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 umfaßt und senkrecht zur optischen Achse ist, so daß ein 90º-Winkel dazwischen ausgebildet wird. Diese Anordnung bildet eine Brechungswinkelerfassungseinrichtung.
Fig. 13 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines beweglichen Abschnitts, und die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in Fig. 13 die gleichen Teile wie in Fig. 12.
Die Unabhängigkeit der zwei Brechungswinkelerfassungseinrichtungen wird unten mit Bezug zu Fig. 14 beschrieben.
Mit Bezug zu Fig. 14 sind die X- und Y-Achse Achsen in einer Ebene, die die Schwingungsachse der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 umfaßt und senkrecht zur optischen Achse ist. Die Brechungswinkel in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung sind proportional zu den Beträgen der Bewegung der Punkte A und B, die in der Richtung der Zeichnungsebene von Fig. 14 um einen Abstand r von der Mitte getrennt sind. Weil die X- und Y-Achse in der Ebene vorhanden sind, in der die Drehachse des verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 vorliegt, bewegt sich ein Punkt auf der Drehachse nicht in der Richtung der Zeichnungsebene von Fig. 14, wenn eine Drehung um die X- und Y-Achse auftritt. Wie aus dieser Tatsache zu sehen ist, ändert sich in diesem Fall nur ein Brechungswinkelausgangssignal.
Es wird angenommen, daß die bewegliche Fläche um einem Winkel θ um eine von der Y-Achse um φ geneigte Achse gedreht wird.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Brechungswinkel α und β in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung jeweils gegeben durch:
α = θ · sin φ
β = θ · cos φ
Die Beträge der Bewegung der Punkte A und B in der Richtung der Zeichnungsebene von Fig. 14 in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung sind jeweils gegeben durch:
r · sin φ sin θ
r · cos φ sin θ
Unter der Annahme, daß θ die Beziehung "θ < < 1" erfüllt, erhält man, weil θ &sim; sin θ:
r · sin φ + sin θ = r· θ sin φ = r · α.
r · cos φ sin θ = r · θ cos φ = r · β
Mit anderen Worten sind die Beträge der Bewegung proportional zu den Brechungswinkeln in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung. Daher können die Brechungswinkel in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung durch Erfassen der Beträge der Bewegung der Punkte A und B in der Richtung der Zeichnungsebene von Fig. 14 unabhängig erfaßt werden.
Die Beträge der Bewegung der Punkte A und B in der Richtung der Zeichnungsebene von Fig. 14 werden durch die oben angeführten Stellglieder 238 und die Hallelemente 239 erfaßt (die die Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung bezeichnenden Suffixe P und Y sind weggelassen).
Fig. 15 zeigt die magnetische Induktionsverteilung in einer zum Spalt des Stellgieds 238 senkrechten Richtung. In Fig. 15 ist die Abweichung in der Bewegungsrichtung des Hallelements entlang der Abszisse aufgetragen, und die magnetische Induktion ist entlang der Ordinate aufgetragen.
In der Spanne des durch die Zwei-Punkt-Strich-Linie festgelegten Abweichungsbetrags kann eine Änderung der magnetischen Induktion als im wesentlichen linear betrachtet werden, und das Hallelement schwingt innerhalb dieses Bereichs. Weil das Hallelement ein zur magnetischen Induktion proportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugen kann, ist die Brechungswinkelerfassungseinrichtung durch eine Kombination des Stellglieds und des Hallelements gebildet, und kann ein elektrisches Signal erhalten, das zum durch das verstellbare Brechungswinkelprisma 231 ausgebildeten Brechungswinkel proportional ist.
Fig. 16 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung des Hallelements.
Mit Bezug zu Fig. 16 ist das Hallelement 239 mit einem Betriebsverstärker 240 verbunden, der mit widerstandsbauteilen 240a bis 240c kombiniert ist, so daß dem Hallelement 239 ein konstanter Strom zugeführt wird. Ein der Magnetfeldstärke (magnetischen Induktion) des Hallelements 239 entsprechendes Ausgangssignal wird durch einen Betriebsverstärker 241 und Widerstandsbauteile 241a, 241b, 241c und 241d differentiell verstärkt. Ein im Widerstand veränderliches Widerstandsbauteil 241e kann ein der Magnetfeldstärke entsprechendes Ausgangssignal durch Ändern seines Widerstands verschieben. Der Widerstand des im Widerstand veränderlichen Widerstandsbauteils 241e wird so angepaßt, daß das Ausgangssignal des Widerstandsbauteils 241e gleich einer Bezugsspannung Vc (Nullpunkt der Regelung) wird, wenn der durch das verstellbare Brechungswinkelprisma ausgebildete Brechungswinkel Null ist, das heißt, die zwei Flächen zueinander parallel sind. Ein Betriebsverstärker 242 ist mit widerstandsbauteilen 242a und 242b kombiniert, um umgekehrt das Ausgangssignal des Betriebsverstärkers 241 zu verstärken, das die Bezugsspannung VC als die Mitte aufweist. Durch Ändern des Widerstands des im Widerstand veränderlichen Widerstandsbauteils 242b wird das Verhältnis einer Änderung der Ausgangssignalspannung vom Betriebsverstärker 242 zu einer Änderung der Magnetfeldstärke auf einen vorgegebenen Wert angepaßt.
Wenn die gleiche Regeleinrichtung wie die im Blockschaltbild in Fig. 11 des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigte in Übereinstimmung mit der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung angeordnet ist, kann im dritten Ausführungsbeispiel genauso durch Antreiben nur einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 231 Bildverwackelungskorrektur in einer beliebigen Richtung in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung durchgeführt werden.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Fig. 17 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptteil des vierten Ausführungsbeispiels zeigt, bei dem die Erfindung für eine Bildverwackelungskorrekturvorrichtung für eine optische Ausrüstung wie zum Beispiel eine Videokamera angewendet wird.
Mit Bezug zu Fig. 17 hat ein Objektivtubus, in dem die ein verstellbares Brechungswinkelprisma 251 verwendende Bildverwackelungskorrekturvorrichtung zusammenzubauen ist, einen Abschnitt 252, der Linsen 253a, 253b und 253c aus Linsengruppen eines optischen Systems des Objektivtubus umfaßt. Ein Stützbauteil 254 ist am Objektivtubus 252 befestigt. Ein Befestigungsrahmen 255 befestigt eine Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 251 am Stützbauteil 254, und ein Stützrahmen 256 ist an der anderen beweglichen Fläche 251-1U des verstellbaren Brechungswinkelprismas befestigt.
Spulen 257P und 257Y (nicht gezeigt) sind zum Beispiel durch einen Klebstoff am Stützrahmen 256 befestigt, so daß ein rechter Winkel dazwischen ausgebildet wird. Ein oberes Joch 258P-1, ein Magnet 258P-2 und ein unteres Joch 258P-3 als ein Unterlagejoch des Magneten 258P-2 sind auf den zwei Flächen der Spule 257P so angeordnet, daß sie einen gegebenen Spalt zwischen sich aufweisen, um einen Magnetkreis auszubilden, wodurch ein Stellglied 258P gebildet wird (das obere Joch und der Magnet werden durch ein (nicht, gezeigtes) Abstandsbauteil gehalten). Wenn die Spule 257P erregt wird, wird eine Lorenzkraft zum Antreiben des Stützrahmens 256 erzeugt. Ein (nicht gezeigtes) Stellglied 258Y mit der gleichen Anordnung wie oben ist auf der Spule 257Y angeordnet, und eine überlagerte Kraft der Stellglieder 258P und 258Y wirkt auf den Stützrahmen 256.
Eine IRED 259P stahlt Infrarotlicht aus und ist am Stützrahmen 256 befestigt. Eine PSD 260P nimmt Infrarotlicht von der IRED 259P auf. Das von der IRED 259P ausgestrahlte Infrarotlicht tritt durch einen im Mittelabschnitt des oberen Jochs 258P-1 ausgebildeten Lochabschnitt 259P-1a, wird durch einen im Befestigungsrahmen 256 ausgebildeten Schlitzöffnungsabschnitt 255 s fokussiert und dann auf die PSD 260P gestrahlt, wodurch ein Positionsausgangssignal erhalten wird.
Die oben angeführte Anordnung bildet eine Brechungswinkelerfassungseinrichtung in der Längsneigungsrichtung, und eine (nicht gezeigte) Brechungswinkelerfassungseinrichtung mit der gleichen Anordnung ist auch in der Seitenabweichungsrichtung angeordnet. Die Erfassungsachsen dieser Erfassungseinrichtungen sind in der Gegend einer Ebene mit der Schwingungsachse der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas 251 und senkrecht zur optischen Achse angeordnet, so daß ein 90º-Winkel dazwischen ausgebildet wird.
Mit dieser Anordnung können die Brechungswinkel des verstellbaren Brechungswinkelprismas in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung aus demselben Grund unabhängig erfaßt werden, wie er oben mit Bezug zu Fig. 15 im dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Der Mechanismus der Brechungswinkelerfassung wird unten mit Bezug zu den Fig. 18A und 18B erläutert. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in den Fig. 18A und 18B die gleichen Teile wie in Fig. 17. Zu bemerken ist, daß die die Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung anzeigenden Suffixe P und Y weggelassen sind.
Fig. 18A zeigt einen Fall, bei dem der die IRED 259 umfassende Stützrahmen 256 in einer Bezugsposition gelegen ist. Bei dieser Lage wird ein von der IRED 259 ausgestrahlter Lichtstrahl durch den im Befestigungsrahmen 255 ausgebildeten Schlitzöffnungsabschnitt 2555 fokussiert und auf die Mitte der lichtaufnehmenden Fläche der PSD gestrahlt. Die IRED 259, der Schlitzöffnungabschnitt 2555 und die PSD 260 sind in der Gegend einer (durch eine Strich-Punkt- Linie angezeigten) Ebene angeordnet, die die Schwingungsachse der beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas umfaßt und senkrecht zur optischen Achse ist.
Fig. 18B zeigt einen Zustand, bei dem der Halterahmen 256 um einen Winkel δ um eine Schwingungsachse R schwingt. Wie in Fig. 18B gezeigt ist, wird ein von der IRED 259 ausgestrahlter und durch den Schlitzöffnungsabschnitt 2555 tretender Lichtstrahl schräg auf die PSD 260 einfallen gelassen und wird auf eine um X von der Mitte auf dem lichtaufnehmenden Abschnitt getrennte Position gestrahlt. Die PSD 260 erzeugt eine Änderung des Ausgangssignals proportional zu dieser Position.
Wenn die gleiche Regeleinrichtung wie die im Blockschaltbild in Fig. 11 des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigte in Übereinstimmung mit der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung angeordnet ist, kann in diesem Ausführungsbeispiel genauso die Bildverwackelungskorrektur in einer beliebigen Richtung in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung durch Antreiben nur einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben ist, weist die Vorrichtung gemäß jedem der Ausführungsbeispiele zwei bis vier auf:
eine Brechungswinkelerfassungseinrichtung, die in der Gegend einer Ebene mit der Schwingungsachse der beweglichen Fläche eines verstellbaren Brechungswinkelprismas und senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, zum Erfassen von Brechungswinkeln in zweidimensionalen Richtungen des verstellbaren Brechungswinkelprismas; und eine Regeleinrichtung zum Regeln von Antriebseinrichtungen auf der Basis von Brechungswinkelsignalen, die von der Brechungswinkelerfassungseinrichtung erhalten wurden, und einem Antriebs-Sollpositionssignal des verstellbaren Brechungswinkelprismas zum Antreiben einer beweglichen Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas zur Antriebs-Sollposition, wobei der Prismenbrechungswinkel durch Antreiben nur einer Fläche des verstellbaren Brechungswinkelprismas beliebig geändert werden kann.
Daher kann die Vorrichtung kompakt gemacht werden, und durch Verringern der Teileanzahl und der Anzahl von Zusammenbauschritten können die Kosten reduziert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anordnungen des dritten und vierten Ausführungsbeispiels beschränkt und kann irgendwelche anderen Anordnungen anwenden, wie sie in Patentanspruch 1 festgelegt sind.
Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele wird der als ein Winkelgeschwindigkeitssensor dienende Vibrationskreisel als eine Verwackelungserfassungseinrichtung verwendet. Jedoch können irgendwelche anderen Sensoren angewendet werden, wie zum Beispiel ein Winkelbeschleunigungssensor, ein Beschleunigungssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Winkelabweichungssensor, ein Abweichungssensor, ein Verfahren zum Erfassen einer Bildverwackelung selbst und dergleichen, solange eine Verwackelung erfaßt werden kann.
Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele sind zwei Antriebseinrichtungen zum Ausführen der Antriebsbetriebe jeweils in der Längsneigungs- und Seitenabweichungsrichtung als die Antriebseinrichtungen eines verstellbaren Brechungswinkelprismas angeordnet.
Jedoch können auch drei oder mehr Antriebseinrichtungen angeordnet werden.
Erfindungsgemäß können die Verwackelungserfassungseinrichtung und das (Antriebseinrichtungen umfassende) verstellbare Brechungswinkelprisma getrennt in einer Vielzahl von Vorrichtungen angeordnet sein, die aneinander angebracht werden können, zum Beispiel in einer Kamera und in einer austauschbaren Linse, die an der Kamera angebracht werden kann.
Erfindungsgemäß können die Anordnungen der beigefügten Ansprüche oder die Ausführungsbeispiele oder einige Komponenten der Anordnung in unabhängigen Vorrichtungen angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Verwackelungserfassungseinrichtung in einem Kamerakörper angeordnet sein, das (eine Antriebseinrichtung umfassende) verstellbare Brechungswinkelprisma kann in einem an der Kamera anzubringenden Objektivtubus angeordnet sein, und die Regeleinrichtung zum Regeln von diesem kann in einem Zwischenpaßstück angeordnet sein.
Ferner ist die Erfindung nicht auf Anwendungen für Kameras beschränkt, wie zum Beispiel eine Einzellinsen- Reflexkamera, eine Linsenverschlußkamera, eine Videokamera und dergleichen, sondern kann für optische Ausrüstungen, wie zum Beispiel Ferngläser oder andere Einrichtungen und andere Vorrichtungen bildende Einheiten angewendet werden.
Erfindungsgemäß können ferner die oben angeführten Ausführungsbeispiele und ihre Ausführungsarten innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie er in Patentanspruch 1 festgelegt ist, kombiniert werden.
Die schematisch oder in Blockform in den Zeichnungen gezeigten einzelnen Komponenten sind in den Kamera- Wissensgebieten gut bekannt und ihr spezieller Aufbau und Betrieb sind für den Betrieb oder die beste Ausführungsweise der Erfindung nicht entscheidend.
Während die Erfindung hinsichtlich dessen beschrieben wurde, was gegenwärtig als die bevorzugten Ausführungsbeispiele angesehen wird, ist es so zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele drei und vier beschränkt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung im Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche umfaßte Abwandlungen und Anordnungen abdecken.

Claims

1. Lichtablenkvorrichtung, mit:

einem optischen Bauteil (231; 251) mit einer ersten und einer zweiten durchsichtigen Platte, einem die zwei durchsichtigen Platten aneinanderkoppelnden verformbaren Abschnitt und einer durchsichtigen Substanz, die den durch die zwei optischen Bauteile und den verformbaren Abschnitt ausgebildeten Raum füllt, wobei die zweite Platte (231-1U; 251-1U) sowohl um eine erste Achse (X) als auch um eine senkrecht zur ersten Achse gelegene zweite Achse (Y) drehbar ist; und

einer Erfassungsvorrichtung (239P; 260P), die zum Erfassen der Winkelposition der zweiten Platte bezüglich der ersten Achse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Erfassungsvorrichtung auf der zweiten Achse angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung ein auf der zweiten Achse angeordnetes Erfassungselement umfaßt.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung ein Erfassungselement und einen durch das Erfassungselement zu erfassenden Abschnitt umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, wobei die Erfassungsvorrichtung Mittel zum Erfassen des Zustands eines Magnetfelds umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Lichtausstrahlungsvorrichtung und eine Lichtaufnahmevorrichtung umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, weiterhin mit einer Antriebsvorrichtung (237P; 238P), die die zweite Platte um die erste Achse dreht.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, wobei die Antriebsvorrichtung an einer Position angeordnet ist, die im wesentlichen dieselbe wie die der Erfassungsvorrichtung ist.

8. Vorrichtung nach einem der von einem der Patentansprüche 1 bis 4 abhängigen Patentansprüche 6 oder 7, wobei die Antriebsvorrichtung Mittel zum Erzeugen einer Antriebskraft unter Verwendung eines Magnetfelds umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung Mittel zum Erfassen der Bewegung der zweiten Platte unter Verwendung des so erzeugten Magnetfelds umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, weiterhin mit einer auf der ersten Achse angeordneten zweiten Erfassungsvorrichtung (239Y) zum Erfassen der Winkelposition der zweiten Platte bezüglich der zweiten Achse.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung einen zu erfassenden Abschnitt aufweist, der eine Fläche umfaßt, die senkrecht zur zweiten Achse ist und sich mit der zweiten Platte der Erfassungsvorrichtung bewegt, und Mittel zum Erfassen einer Drehung der zweiten Platte um die erste Achse durch Erfassen von Versätzen des erfaßten Abschnitts umfaßt.

11. Vorrichtung nach dem abhängigen Patentanspruch 10, weiterhin mit einer zweiten Erfassungsvorrichtung, die zum Erfassen von Versätzen eines zweiten zu erfassenden Abschnitts angepaßt ist und eine Fläche umfaßt, die senkrecht zur ersten Achse ist und mit der zweiten Platte beweglich ist, so daß die Drehung der zweiten Platte um die erste Achse erfaßt wird.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung so angepaßt ist, daß eine Drehung der zweiten Platte um die erste Achse durch Erfassen eines Versatzes eines Abschnitts auf der zweiten Achse erfaßt wird.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, weiterhin mit einer zweiten Erfassungsvorrichtung (239Y), die so angepaßt ist, daß Versätze eines Abschnitts auf der ersten Achse erfaßt werden, so daß eine Drehung der zweiten Platte um die zweite Achse erfaßt wird.

14. Vorrichtung zur Vermeidung von Bildverzerrungen, das eine Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 13 aufnimmt.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 14, weiterhin mit:

einer Vibrationserfassungseinrichtung (21) zum Erfassen von Vibrationen in der Vorrichtung; und

einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der zweiten Platte im Ansprechen auf ein Ausgangssignal von der Vibrationserfassungseinrichtung und das Ausgangssignal der Erfassungsvorrichtung.

16. Optische Ausrüstung, die eine Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 13 aufnimmt.