JPH02163612A - 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〕 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１２Ｈｚ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運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
して月下に説明する。

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（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」による撮影失敗を防止するだめの研究お
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「手ぶれ」は、周波数として通常ＩＨｚないし１
．２ｆ（ｚ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ぶ
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、例えば上記手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」二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
れを生じ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Ｕ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ま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
は各々カメラ縦ぶれ角速度、カメラ横ぶれ角速度を検出
する角速度計で、それぞれの角速度検出方向を６４ａ、
　６４ｂ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
を積分して手ぶ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、　６７
ｂにより図示Ｙ、Ｘ方向に移動される。６８ａ、　６８
ｂ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での画像は見掛けよ静止の状態
に保持される。なお光学的な補正機構自体に機械的積分
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（、振動機
構５１と、この振動機構５１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５１
に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、上紀軸５１０方向に沿って延出されていると共
に、該軸５］０回り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板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
たこの本体基板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
陳から第１の圧電変換素子５７に入力される加振信号に
より、振動駆動部５４およびそれと一体に形成された振
動片５５ａ、　５５ｂ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婬へ
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Ｕの軸５１０回りに入力
角速度Ωが加わったとすると、振動片５５ａ、５５ｂ　
、交番速度、入力角速度Ωの積で求まるコリオリの力Ｆ
ｃが矢印５１１ａ、　５１１ｂの方向に加わる。矢印５
１．１ａ、５１１ｂの方向が互いに逆向きになるのは一
対の振動片５５ａ、　５５ｂは互いに逆向きに振動して
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を入力角速度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ば上
記コリオリの力Ｆｃにより歪ませられので、この振動片
５５ａ、　５５ｂの歪み方向を検知するように該振動片
５５ａ、　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
ことで入力角速度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５１２５１３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°だけ移相
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
Ｕ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に入力される加振信号に対して、
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に対して入力され
る加振信号に対し位相が９０６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５
７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の圧電変換素子が検知して生ずる加速度信号）
が除去される。そして同期検波回路５２２は、上記移相
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Ｕ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９０６進んでいる。そして上記軸５１０回り
の入力角速度Ωがこの系に作用する結果として、振動片
である第３の圧電変換素子の出力は、同図の２点鎖線５
２５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Ｕの振動検知を行なう第２の圧電変
換素子５８の出力５２６を示し、この出力５２６を移相
回路５１６で９０″進ませた移相電圧で第３の圧電変換
素子の出力５２５を同期検波する。

第５図（Ｃ）は、以上によって得られた同期検波電圧を
示しており、この斜線で表わされる面積を平滑回路５２
７で積分することで入力角速度】　２ Ωを表わす角速度電圧が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、以上のような構成により振動片を高周波で振
動させて入力角速度を検出する従来の角速度計において
は、以下に示すような問題点があった。

これを第５図（ａ）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が、矢印５
９方向に例えば１　［ｋＨｚｌ　、振幅１０［７１ｍ］
　で振動して入力角速度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、　５２
ｂを介して第４図の破線で示すように伝搬され、振動片
の振幅が例えば＋２　［μｍ］に増加した場合角速度検
出出力も２０％増加し、また反対に、外部振動の影響で
振動片５５ａ、５５ｂの振幅が８　［μｍ１になったと
すると、同様器こ角速度検出出力は２０％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（１［
ｋＨｚｌ　）は外界番こ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が頻
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。

そこで、このような問題を解決するために、梁部材５２
ａ、　５２ｂを剛性の低い部材、例えばゴム等で構成し
、外乱振動をこの低剛性の梁部材５２ａ、　５２ｂで減
衰させることにより、角速度検出出力の安定化を図る方
式が提案されている。

しかし、この方式では、梁部材５２ａ、　５２ｂの剛性
が低いことから、入力角速度までも減衰して振動片まで
伝わらず、特に高周波入力角速度になれば角速度検出精
度の劣化を招くという難点があった。

本発明はこのような従来の問題点を解消し、外乱振動は
減衰させるが入力角速度は減衰させることのない角速度
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］ 上記目的を達成するための代表的な角速度計の１は、所
定の方向に角速度検知の検知軸を有する角速度検知機構
を固定収容した筒体と、被測定物に固定される枠体と、
該筒体を該枠体に浮動的に支持する面状弾性部材とを備
え、該面状弾性部材は該検知軸回りの振動は該枠体から
該筒体に伝搬し、該検知軸と直交する２軸方向において
はこれを減衰させるようにしたという構成をなすところ
にある。

上記構成において、面状弾性部材として具体的には、例
えば金属箔、板ゴム、布１紙、樹脂等の弾性部材からな
るダイヤフラムを例示することができる。

［作　用］ 上記した構成の角速度計は、枠体に振動機構の検知軸方
向以外の振動が与えられても、面状弾性部材はこれを減
衰し、検知軸回りの振動のみを減衰することなく振動機
構に伝搬するので、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］ 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た。

第１図（ａ）は本実施例の外観斜視図、第１図（ｂ）は
その縦断面図を示している。

図中、１１は両端が閉塞された円筒形状の円筒ケースで
、内部には第４図に示す振動機構５１がその検知軸とケ
ースの中心軸とが一致するように固定梁部材５２ａ、　
５２ｂを介して固定保持されている。この円筒ケース１
１の両端面には、金属油、板ゴム、布２紙、樹脂等の弾
性部材からなり、後記する枠体１３の円筒部１３ａの外
径と略等径の円板形状に形成した円板状ダイヤフラム１
２ａ、１２ｂがその中心を振動機構旦の検知軸と一致す
るようにクランプ板１５ａ、１５ｂを介して固定されて
いる。

１３は円筒ケース１１の外径よりも大きい径の円筒部１
３ａを有すると共に、該円筒部１３ａが円筒ケース１１
よりも幾分長く形成した枠体で、円筒ケース１１が円筒
部１３ａ内に収容され、円板状ダイヤフラム１２ａ、１
２ｂの外周端部が夫々円筒部１３ａの両端面に環状クラ
ンプ１６ａ、　１６ｂを介して固定されている。そして
、この枠体１３は孔１４ａ、　１４ｂを貫通するネジ等
により被測定物に固定される。

すなわち枠体１３に対し、その径方向１７に振動が加え
られたり、径方向１７回りの捩り振動が加わっても、こ
れらの振動は円板状ダイヤフラム１２ａ、　１２ｂによ
って減衰され、円筒ケース１１には伝搬されず、振動機
構５１に対し外乱の影響を与えないことになる。

すなわち、振動機構５１の検知軸の回り振動１８が枠体
１３に与えられると、その振動１８はダイヤフラム１２
ａ、　１２ｂの中心軸回りの捩り振動となり、この方向
におけるダイヤフラム１２ａ、　１２ｂの剛性は高いの
で、このダイヤフラム１２ａ、　１２ｂで減衰されずに
円筒ケース１１に伝搬され、検出角度が減衰されること
なく、外乱振動が入力されない安定性の高い角速度検出
が可能になる。

また、枠体１３の円筒部１３ａ内に油等の粘性流体を充
填することで、より外乱振動の減衰を図ることができる
ばかりでなく、ダイヤフラムと円筒ケース１１のバネ−
マス系共振点付近のＱ値を下げて、枠体１３と円筒ケー
ス１１との相対的なピッチング１９を抑制し、角速度検
出精度を向上できる。

第１図（ｃ）は、本実施例の変形例を示している。この
変形例は、振動機構旦を角筒形状の角筒ケース１１０内
に固定し、角筒ケース１１０の両端面に矩形板形状の矩
形ダイヤフラム１９ａ、　１９ｂをクランプ１１２ａ、
　１１２ｂを介して固定し、断面コ字形状の枠体１１１
内に角筒ケース　１１０を収容すると共に、矩形ダイヤ
フラム１９ａ、　１９ｂの角面側端部なりランプ１１３
ａ、　１１３ｂ、　１１３ｃ、　１１３ｄを介して枠体
１１１の端面に固定したものである。

このように構成することで、上記の実施例と同様の効果
が円筒ケースを用いることなく得られるばかりでなく、
縦方向の寸法１１４、横方向の寸法１１５も適宜設定で
きるため、設計の自由度が広がり、例えばカメラに内蔵
する場合等に適した形状を得ることができる。

第２図は実施例２の斜視図を示す。

本実施例は上記した実施例１の振動機構５１を内蔵する
円筒ケースＩＩを用い、１枚のダイヤフラム２１でこの
円筒ケース１】を支持するようにしたもので、ダイヤフ
ラム２１は円環状に形成されていて、円筒ケース１１を
その重心位置で内周部に固定し、外周部を枠体２５に固
定している。

すなわち、本実施例は円筒ケース１１をその重心位置で
１枚のダイヤフラム２１で支持固定していることから、
振動機構５１の検知軸２２と直交する２軸２３．２４回
りの回転を大幅に減衰することができ、外乱振動の大幅
減衰が出来るばかりでなく、以Ｖに述べるような効果も
ある。

第６図で説明したカメラにおいて、カメラに縦ブレが生
じた場合、カメラ横プレ検知用の角速度計６３ｂに対し
てはそれは外乱振動でしかない。このカメラ横プレ検知
用の角速度計８３ｂ　Ｊこ代え本実施例の角速度計を用
いていると、検知方向以外は低周波の振動から大幅な減
衰ができて、縦方向の手プレ角速度入力も充分減衰され
、横方向の手プレ角速度のみを精度よく検出できる。

第３図は実施例３を示し、第３図（ａ）ζオー部切欠き
斜視図、第３図（ｂ）はその正面図である。

第１図（ａ）、（ｂ）に示す実施例では、円筒ケース１
１を枠体１３に対してダイヤフラムを用いて弾性支持し
ているが、本実施例は磁力を利用して、円筒ケース】１
を枠体１３の円筒部１３ａ内に支持している。

すなわち、円筒ケース１１の外周部に振動機構Ｕの検知
軸と対称に磁性部材からなる突出部３１ａ、　３１ｂを
設け、また枠体１３の円筒部１３ａの内周壁面には、突
出部３１ａ、　３１ｂと対応し隙間を隔てて永久磁石３
２ａ、　３２ｂを設け、突出部３１ａ、３１．ｂと永久
磁石３２ａ、　３２ｂとを磁気的に結合させている。

このように構成することで、検知軸回りの剛性は磁気結
合により一層強固となるため、角速度人力１８は殆ど減
衰されずに円筒ケース１１に伝わるが、径方向の外乱振
動１７はその方向の磁気的結合が極めて弱いことから充
分減衰して円筒ケース１１に伝わらず、安定した精度の
高い角速度検出が可能になる。

［発明の効果］ 以上説明したように、上記構成をなす本発明の角速度計
によれば、振動機構の検知軸方向における剛性を低下さ
せることな（他方向の外乱振動の減衰を図れ、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
う効果が得られ、その実用上の利益は極めて大なるもの
がある。

また、振動機構を収容する筒体を粘性流体が充填されて
いる枠体内に浮動的に支持することで、筒体と枠体との
相対的なビッヂング運動を抑制でき、角速度計の検出精
度を一層向上させることができる。

また、筒体をその重心位置で面状弾性部材により支持す
ることにより、検知軸と直交する方向における外乱振動
の減衰性は極めて高（、したがって、例えばカメラに取
り付けられ、カメラの横プレ検知用として使用した場合
、カメラの縦ブレの振動を除去することができる。

さらに、筒体と枠体とを磁気的に結合することで、検知
軸回りの剛性のみを高くでき、角速度の検出制度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１を示す外観斜
視図及び縦断面図、第１図（ｃ）は実施例１の変形例を
示す斜視図、第２図は実施例２の斜視図、第３図（ａ）
、（ｂ）は実施例３の一部切欠き斜視図及び正面図、第
４図は角速度計の振動機構の斜視図、第５図（ａ）　、
　（ｂ）　。 （ｃ）は従来の角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
るための図、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
発明の角速度計を提供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。 １１二円筒ケース １２ａ　１２ｂ　：円板状ダイヤフラム１３：枠体 １５ａ　１５ｂ　：クランプ板 １６ａ、１６ｂ　：環状クランプ １９ａ、１９ｂ　：矩形ダイヤフラム １１０：角筒ケース 枠体。 ２１：ダイヤフラム ３１ａ、３１ｂ　：突出部 ３２ａ、３２ｂ　：永久磁石 第１図（ｂ） １守開平 Ｚ Ｉｔ）、ｊｌ）１乙（ＩＵ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．所定の方向に角速度検知の検知軸を有する角速度検
   知機構を固定収容した筒体と、被測定物に固定される枠
   体と、該筒体を該枠体に浮動的に支持する面状弾性部材
   とを備え、 該面状弾性部材は該検知軸回りの振動は該 枠体から該筒体に伝搬し、該検知軸と直交する２軸方向
   においてはこれを減衰させるようにしたことを特徴とす
   る角速度計。
2. ２．前記面状弾性部材は前記筒体の両端に夫々設けられ
   ていることを特徴とする請求項１に記載した角速度計。
3. ３．前記枠体は前記筒体をその両端に設けた前記面状弾
   性部材により閉塞した密閉空間内に浮動的に支持すると
   共に、該密閉空間内に粘性流体を充填したことを特徴と
   する請求項 ２に記載した角速度計。
4. ４．前記面状弾性部材は、前記筒体の重心位置に設けら
   れていることを特徴とする請求項 １に記載した角速度計。
5. ５．所定の方向に角速度検知の検知軸を有する角速度検
   知機構を固定収容した筒体と、被測定物に固定される枠
   体と、該筒体を該枠体に浮動的に支持する少なくとも一
   方は磁石からなる磁気結合手段とを備え、 該磁気結合手段は、該検知軸と直交方向に 磁気的結合を行なうように、該検知軸の回りに対して等
   ピッチで該筒体と該枠体とに設けられていることを特徴
   とする角速度計。