JPH02163609A - 角速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、比較的低い周波数の振動を受ける機器の振動
検出装置として用いられる角速度計に関し、具体的には
、例えばカメラに搭載されて、ＩＨｚないし１２１１ｚ
程度の周波数の振動（角速度）を検出し、この振動によ
り生ずる像ぶれを防止するために該検出情報を用いて像
ぶれ防止を図るシステムに好適に用いられる角速度計に
関するものである。

［従来の技術］ 本発明の対象となる従来の技術を、カメラの場合を例に
して以下に説明する。

近時のカメラは、露出決定やピント合わせ等の撮影にと
って重要な作業は、多くの場合自動化されており、カメ
ラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に
少なくなっている。また、カメラぶれによる撮影画像の
劣化や撮影の失敗はその自動化が難かしいとされていた
が、最近では、カメラぶれに起因する上記撮影失敗等の
問題を解決したカメラも研究されており、とくに、撮影
者の「手ぶれＪによる撮影失敗を防止するための研究お
よび開発が進められている。ここでカメラにおいて問題
となる１手ぶれ」は、周波数として通常＋１１ｚないし
１２Ｈｚ程度の振動である。

カメラシャッタのレリーズ時点においてこのような手ふ
れを起していても、像ぶれのない写真を撮影可能とする
ためには、例えば上記子ぶれによるカメラの振動を検出
し、その検出値に応じて、撮影光学系に配置しである補
正レンズを変位させてフィルム上の画像を見掛は上静止
させることで原理的には実現される。

したがって、このようなカメラの手ぶれが生じても像ぶ
れを生しない写真の撮影を可能とするためには、まずカ
メラに生じている振動を正確に検出することが必要とな
る。

ここでカメラぶれの検出について考えると、これは原理
的にいえば、手ぶれによる角加速度、角速度等を検出す
る振動センサ、およびこのセンサからの信号を電気的に
積分して角変位の信号を出力するカメラぶれ検出システ
ム、をカメラに搭載することによって行なうことができ
る。

以上のような考えに基づき角速度計を用いて構成した像
ぶれ防止システムの一例について、第６図によりその概
要を説明する。

この第６図の例は、同図の矢印６１で示す撮影光軸が生
ずるカメラ縦ぶれ（ピッチング）６１ａ、およびカメラ
横ぶれ（ヨーイング）　６１ｂを検出して、像面６９で
の画像のブレを防止するようにしたシステムの図である
。

第６図において、６２はレンズ鏡筒、６３ａ、６３ｂは
各々カメラ縦ふれ角速度、カメラ横ふれ角速度を検出す
る角速度計で、それぞれの角速度検出方向を６４ａ、６
４ｂで示している。６５ａ、６５ｂは公知のアナログ積
分回路であり、角速度計６３ａ６３ｂからの信号を積分
して手ふれ角変位信号に変換する。そしてこの角変位信
号により、撮影光学系の一部として配置されているレン
ズ等の補正光学系６６は、上記により検出する振動方向
に各々対応して設けられた駆動部６７ａ、６７ｂにより
図示Ｙ、ｘ方向に移動される。６８ａ、６８ｂは補正光
学系の位置検出センサであり、該補正光学系６６は位置
を検知しながら上記移動を正確に行なうようになってい
る。

以上によって、像面６９での画像は見掛は上静止の状態
に保持される。なお光学的な補正機構自体に根城的積分
作用を持たせることで、上記アナログ積分回路６５ａ、
６５ｂを省くこともできる。

第５図は上記のような目的に適した角速度計である振動
ジャイロの一例の構造を示している。

この振動ジャイロは、第５図（ａ）に示す如く、振動機
構旦と、この振動機構Ｕをレンズ鏡筒等の一部である固
定の基台５２に対してこの例では梁部材５２ａ、５２ｂ
を介して支持している支持機構と、振動機構５１１．１
：電気的に接続された制御回路５３により構成される。

この図示例の振動機構５１は、検出対象の振動の軸５１
０に対して垂直な配置されていて、中央部で上記支持機
構により直接支持された矩形板状の振動駆動部５４と、
この振動駆動部５４のたわみ変形可能な自由端である両
端から、上記軸５１０方向に沿って延出されていると共
に、該軸ｓｈｏと振動駆動部の振動面に直交する方向の
剛性が弱くなるように設けられ、かつバイモルフを構成
する第３の圧電変換素子からなる短冊状の一対の振動片
５５ａ、５５ｂにより形成されている。上記振動駆動部
５４は、その矩形板状の本体基体５４１（例えば金属板
で形成されている本体平板）の片側表面に振動駆動用の
第１の圧電変換素子５７が固着され、またこの本体基体
５４１の反対側の裏面に駆動振動検知用の第２の圧電変
換素子５８が固着されていて、制御回路且から第１の圧
電変換素子５７に人力される加振信号により、振動駆動
部５４およびそれと一体に形成された振動片５５ａ、５
５ｂを矢印５９の方向に互いに逆向きに振動させるよう
になっている。なお第２の圧電変換素子５８は上記のよ
うに駆動振動検知用のものであって、この振動駆動部に
発生した振動を検知して制御回路料へ出力する。

振動片５５ａ、５５ｂは、上記振動駆動部５４の振動に
より与えられる図の符合５９で示す方向の交番速度を持
つ。この状態でいま振動機構料の軸５１０回りに人力角
速度Ωが加わったとすると、振動片５５ａ、５５ｂ　、
交番速度１人力角速度Ωの積で求まるコリオリの力Ｆｃ
が矢印５１１ａ、　５１１ｂの方向に加わる。矢印５１
１ａ、５１１ｂの方向が互いに逆向きになるのは一対の
振動片５５ａ、５５ｂは互いに逆向ぎに振動しているか
らである。

ここで上記交番速度を、制御回路Ｕにより常に一定振幅
を保つようにしておけば、振動片５５ａ　５５ｂの質量
は変化しないため、コリオリの力Ｆｃを人力角速度Ωに
比例して変化するものとして得ることができる。

さて以上の動きによって、振動片５５ａ、５５ｂは上記
コリオリの力Ｆｃにより歪ませられので、この振動片５
５ａ、５５ｂの歪み方向を検知するように該振動片５５
ａ、５５ｂを構成している上記第３の圧電変換素子で歪
みを検知し、この出力を制御回路５３で処理することで
人力角速度Ωの大きさを求めることができる。

上記の第２の圧電変換素子５８、および第３の圧電変換
素子の端子出力は、各々抵抗５１２，５１３で接地した
後に非反転増幅器５１４，５１５に入力されて増幅検出
電圧を発生し、移相回路５１６は非反転増幅器５１４か
らの増幅検出電圧に応答して、その位相を９０°だけ８
相した移相電圧を発生するようになっている。

この移相回路５１６の役割を以下に述べると、振動機構
５１は、第１の圧電変換素子５７に入力される加振信号
により振動するわけであるが、加振信号に対する振動振
幅の最も効率のよいのは振動機構５１の共振周波数で振
動させることである。ところが、共振状態においては、
第１の圧電変換素子５７に人力される加振４８号に対し
て、実際の振動の位相は９０°遅れる。そのため、第２
の圧電変換素子５８を介した非反転増幅器５１４からの
増幅検出電圧は、第１の圧電変換素子５７に対して人力
される加振信号に対し位相が９０′″遅れている。そこ
で移相回路５１６により位相を９０゛進めて加振信号と
の位相を揃え、この位相を揃えた信号を第１の圧電変換
素子５７に入力していわゆる正帰還回路を構成させ、な
おかつ、入力信号電圧より非反転増幅器５１４の増幅検
出電圧を大きくして、振動機構Ｕを振動させるのである
。

なお制御回路５３における整流回路５１７は、移相回路
５１６からの移相電圧に応答して移相電圧を整流して整
流電圧を発生する。基準信号回路５１８は、非反転増幅
器５１４からの増幅検出信号を一定にすべく第１の圧電
変換素子５７への加振信号を制御するための基準電圧を
発生する。差動増幅器５１９は、上記整流回路５１７か
らの整流電圧と基準信号回路５１８からの基準電圧との
差を増幅した差動増幅電圧を発生する。乗算回路５２０
は、移相回路５１６からの移相電圧に差動増幅器５１９
からの差動増幅電圧を乗じ、この乗算結果を前記第１の
圧電変換素子５７への加振信号に相当する帰還電圧とす
る。

このようにすることで、振動機構５１は一定の振幅で安
定振動することになる。すなわち前述したように、加振
信号電圧より非反転増幅器５１４の増幅検出電圧を大き
くすると、振動機構５１は振動を始めるが、このままで
は、振動は次第に増大し、最終的には電源電圧で制限を
受けるため、歪んだ波形で不安定な振動となってしまう
。ところが、非反転増幅器５１４からの増幅検出信号を
整流回路５１７で整流し、基準信号回路５１８との差を
帰還内に乗すると、振動が大きくなって整流電圧が増大
し、基準電圧に近づくと乗算回路５２０の乗算結果は小
さくなっていき、加振信号電圧と非反転増幅器５１４の
増幅電圧の比が小さくなっていく。つまり、正帰還回路
の増幅率が振動振幅と基準信号により制御され、振動機
構５１は一定幅で安定振動を行なうことになるのである
。

一方、非反転増幅器５１５の出力についてみると、これ
は振動周波数成分のみを通過させる帯域通過回路５２１
を介することで、まず、検出目的とする振動周波数に比
べて極めて低い周波数帯域にある外乱信号（例えば、重
力加速度により振動片５５ａ、５５ｂが歪み、その歪み
を第３の圧電変換素子か検知して生ずる加速度信号）か
除去される。そして同期検波回路５２２は、上記移相回
路５１６からの移相電圧に応答して、この移相電圧との
関連により上記帯域通過回路５２１からの帯域増幅検出
電圧を同期検波し、この同期検波結果を同期検波電圧と
して発生する。

第５図（ｂ）は以上のような同期検波の様子を説明する
図であり、この図の実線で示される振動機構料の振動５
２３に対し、交番速度は１点鎖線５２４で示されるよう
に、位相が９０°進んでいる。そして上記１ｌｑｌ１５
１Ｏ回りの入力角速度Ωがこの系に作用する結果として
、撮動片である第３の圧電変換素子の出力は、同図の２
点鎖線５２５に示されるごとく交番速度と同位相となる
。なお破線は振動機構料の振動検知を行なう第２の圧電
変換素ｆ５Ｂの出力５２６を示し、この出力５２６を移
相［回路５ｉｆｉて９０゛准ませた移相電圧で第３の圧
電変換素ｆ−の出力５２５を同期検波する６ 第５図（ｃ）は、υＦによって得られた同期検波電圧を
示しでおり、この斜線で表わされる面積をモ滑回路５２
７　で積分することで入力角速度Ωを表わす角速度室、
圧か得られる。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、以上、Ｄような構成により振動片を高周波で
振動させて人力角速度を検出する従来の角速度計におい
ては、Ｕ、下に示すような問題点があった１、 これを第５１１（Ｊ）の振動機構５１のみを図示した第
４図を用いて説明すると、振動片５５ａ５５ｂか、矢印
５ｇ方向に例で−はＩ　［ｋｌ−１ｚ］　、振幅１０［
μｍ］で振動し２て人７１角速度Ωを検知していたとし
て、被測定物（つまり基台５２に当る機構５１が固定さ
れる固定体）から同周波数の外部振動が、梁部材５２ａ
、５２ｂを介して第４図の波線で示すように伝搬された
とすると、振動片の振幅は例えば２０％増加して１２［
μＩ［ｌ］　に変化し、このとき振動片５５ａ、５５ｂ
のもつ交番速度も２０％増加することになるから、その
結果、角速度検出出力も２０％大きくなる。また反対に
、外部振動の影響で振動片５５ａ、５５ｂの振幅が９　
［μｍ］になったとすると、同様に角速度検出出力は１
０％減少することになる。

このような現象は、外部振動が振動片の振動周波数と厳
密に一致した場合に限定されず、その近傍の周波数であ
る場合にも生じ得るし、しかもこの帯域の周波数は外界
において極めて多く存在しているものであるから、結局
第５図で説明した構成の角速度計では、外部からの伝搬
振動の影響を受けて出力変化か頻繁に起こり、角速度検
出の精度を著しく劣化させてしまうという問題があるこ
とになる。

本発明はこのような従来の問題点を解消し、外乱振動を
減衰する緩衝手段を用いることで、外部からの影響によ
る検出精度の低下を改善した角速度計を提供することを
目的としてなされたものである。

［課題を解決するための手段コ 上記目的を達成するためになされた本発明よりなる角速
度計の特徴は、たわみ変形可能な振動体を支持体を介し
て基台で支持し、この振動体のたわみ変形する端部に、
該振動体の振動面に対して直角に角速度検知用の振動体
を配置してなる角速度計において、上記支持体には、こ
れを伝搬する振動を減衰するための減衰手段を装着した
という構成をなすところにある。

上記構成において、伝搬振動を減衰させる手段として具
体的には、例えは支持部材にゴム等の振動吸収性の軟質
な弾性部材や磁性流体等をを巻装するなとの方法で装着
させたり、該支持部材に延設方向に形成した貫通孔やス
リットにオイル等の緩衝作用のある液体等を充填する方
法を例示することかできる。

［作　用］ 本発明によれは、振動機構に対しこれを支持する支持体
を介して外部から影響する振動等が減衰されて、該振動
機構の振動状態に、検知対象とする入力角速度以外の成
分が混入する影響が可及的に低減される。

［実施例コ 第１図は本発明の実施例１を説明するためのものであり
、制御回路については前述第５図で説明した場合と同様
のものでよいため図示を省略し、振動機構１１の部分の
みを図示している。

なおこの図面において前述第５図と共通する部材につい
ては、第５図の部材符合から４０（又は４００）を引い
て付し、その詳細な説明は省略した。

この第１図において示された例は、検出対象の振動の軸
１１０に対して垂直に配置され、かつたわみ可能な例え
ば金属片にて矩形平板状の所定形状に形成された部材を
本体基体１４１とし、この本体基体１４１の長尺方向中
央部分の両幅縁から平板側方に延出された梁部材１２ａ
、１２ｂにより基台１２に支持されている振動駆動部１
４と、この振動駆動部１４の長尺方向両端部の片側面（
図の上側面）から、上記軸１１０方向に沿って延出され
ていると共に、該本体基板１４１の長尺方向と軸１１０
に直交する方向の剛性が弱くなるように配置され、かつ
バイモルフで構成された第３の圧電変換素子をなしてい
る短冊状の一対の振動片１５ａ、１５ｂとを備えていて
、上記平板状部材である振動駆動部１４の本体基板＋４
１の片側表面には、振動駆動用の第１の圧電変換素子１
７が固着され、また本体基板１４１の反対側裏面には、
駆動振動検知用の第２の圧電変換素子１８が固着されて
いる。そして図示しない制御回路から第１の圧電変換素
子１７に加振信号が入力されることで、振動駆動部１４
およびこれと一体の振動片１５ａ、１５ｂが矢印１９の
方向に互いに逆向きに振動する振動機構１１を構成して
いる。

振動機構１１の振動駆動部１４がレンズ鏡筒等の固定体
である基台１２に対して支持機構の梁部材１２ａ、１２
ｂで支持されているという構成自体については、前述第
５図で説明した例のものと同様である。

そして本例の構成の特徴は、上記支持機構の梁部材１２
ａ、１２ｂの外周に、ブタジェンゴムからなる緩衝材１
２１ａ、　１２１ｂを巻装して、接着剤で固定したとい
う構成を採用しているところにある。このような緩衝材
は筒状のゴムを支持機構にかぶせる方式であってもよく
、要するに伝搬振動を減衰させるに適当な態様であれば
特にその構造を限定されるものではない。また緩衝材と
しては上記例示されるブタジェンゴムの他、ネオブレン
スポンジや、支持機構を構成している梁部材を磁化させ
てその表面に磁性粉体、磁性流体等を磁気的に結合させ
た形式のものであってもよい。

第２図は本発明の実施例２を説明するためのものであり
、本例の図示の符合は、実施例１と共通の部材には符号
に１０を加えて示している。

この例の特徴は、振動駆動機構２１の振動駆動部２４を
構成する平板形状の本体基板２４１の中央部分に、板幅
方向の貫通孔を設け、この貫通孔に、該振動駆動部２４
支持のための中空のバイブ２２ａ、２２ｂを貫通固着さ
せると共に、該バイブ２２ａ、２２ｂの上記本体基板２
４１を貫通して延出した画先端を、被測定物である基台
１２に対してクランプ手段２２１ａ、２２１ｂでネジ止
め固定し、更にこのバイブ２２ａ、２２ｂの内部に、例
えばオイル２３を充填封入して、伝搬振動の減衰作用を
与えるようにしているところにある。

このような構成によれば、ゴム、スポンジ等を使用した
実施例１の構成とは異なってオイル等の流れ易い液体も
使用できるという利点がある。

第３図は本発明の実施例３を説明するためのものであり
、実施例１と共通の部材には符号に２０を加えて示して
いる。

この例の特徴は、振動駆動部３４の本体基板３４１　と
一体の部材（例えば金属製板）で、支持機構其の梁部材
３１ａ、３１ｂを形成させると共に、その梁部材３１ａ
、３１ｂの延長軸方向（梁の長尺方向）に沿ってスリッ
ト３２１ａ、３２１ｂを板厚方向に貫通穿設し、このス
リット３２１ａ、３２１ｂに緩衝材を充填したという構
成をなしているところにある。

この例における緩衝材としては、表面張力でスリット内
に充填固定される状態が維持される場合にはオイル等を
用いることもできる点で実施例２と同様の利点がある他
、本例では更に上記実施例２に比べてＭｉ街剤を装着さ
せるための凹部を有する梁部材の形状が簡単で、しかも
平板で梁部材を構成しているので、振動駆動部の本体基
板３４１　とこの梁部材３４ａ、３４ｂを一体の金属片
から打出し成形することもできるという利点がある。

なお本発明は以上の例に限定されるものではなく、振動
機構を支持する支持体が上記例示した振動駆動部の本体
基板の平板面と同一面内に位置する梁部材の他、振動駆
動部に対して垂直な取付は姿勢をなすものであっても同
様の効果を奏するものである。

［発明の効果コ 以上説明したように、上記構成をなす本発明の角速度計
によれは、振動機構に対し支持体を介して伝搬すること
で影響することのある外乱振動が、この支持体に装着し
た減衰手段により減衰されるため、そのような外乱の影
響を大幅に低減させるか、実質的に零とできることにな
り、角速度計の検出精度を向上させることができるとい
う効果か得られ、その実用上の利益は極めて犬なるもの
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明の実施例１〜実施例３
の角速度計の振動機構を示した斜視図、第４図は比較例
の各速度計の振動機構の斜視図、第５図（ａ）　、　（
ｂ）　、　（ｃ）は従来の各速度計の一例を示すもので
あり、第５図（ａ）は振動機構と制御回路の全体構成概
要を説明するだめの図、第５図（ｂ）は振動の同期検波
の要旨を説明するための図、第５図（Ｃ）は第５図（ｂ
）と関連して同期検波電圧を説明するための図である。 第６図は本発明の角速度計を適用する装置の一例である
像ぶれ防止装置を搭載したカメラの原理的な構成を説明
するための図である。 １１．２１．３１＋振動機構　　１２．２２．３２＋基
台１２ａ　１２ｂ　３２ａ、３２ｂ梁部材　＋２１ａ、
１２１ｂ　　：ゴム１４．２４，３４　：振動駆動部 １４１．２４１Ｊ４１　　：振動駆動部の本体基板２２
ａ　２２ｂ　：バイブ ２２１ａ　２２１ｂ　　：クランプ手段３２１ａ　３２
１ｂ　　ニスリット １５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ　　
：振動片５１・振動機構　　　　　　５２：基台５２ａ
　５２ｂ　：梁部材　　　　５３．制御回路５４二振動
駆動部　　　　　５５ａ、５５ｂ　　：振動片５８ａ、
５６ｂ　：第３の圧電変換素子５７：第１の圧電変換素
子 ５８：第２の圧電変換素子 他４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　たわみ変形可能な振動体を支持体を介して基台で支
   持し、この振動体のたわみ変形する端部に、該振動体の
   振動面に対して平行に角速度検知用の振動片を配置して
   なる角速度計において、上記支持体には、これを伝搬す
   る振動を減衰するための減衰手段を装着したことを特徴
   とする角速度計。 ２　上記減衰手段が、支持体に巻装した弾性体であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載した角速度計。 ３　上記減衰手段が、支持体に設けた孔又はスリットに
   充填した液体緩衝材であることを特徴とする請求項１に
   記載した角速度計。