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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schwinggyroskop und eine
elektrische Vorrichtung, die dasselbe verwendet, und insbesondere
bezieht sich dieselbe auf ein Schwinggyroskop zur Verwendung bei
Videokameras, die eine Antikamerawackelfunktion aufweisen, Autonavigationssystemen, Zeigevorrichtungen
und dergleichen und eine elektronische Vorrichtung, die dasselbe
verwendet.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schwinggyroskops, das einen Schwinger 50 aufweist,
und die 12A–12C zeigen
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht beziehungsweise eine Unteransicht
desselben. Das Schwinggyroskop, das in den 11 und 12A–12C gezeigt ist, ist in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung
Nummer 11-125526 offenbart.
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In 11 umfasst
der Schwinger 50 ein erstes piezoelektrisches Substrat 101,
das eine Hauptebene aufweist, auf der eine erste Streifenelektrode
an der oberen Oberfläche
gebildet ist, und die in der Dickerichtung polarisiert ist; und
ein zweites piezoelektrisches Substrat 102, das eine Hauptebene
aufweist, auf der eine zweite Streifenelektrode an ihrer unteren
Oberfläche
gebildet ist, und die in der Dickerichtung polarisiert ist. Die
andere Hauptebene des ersten piezoelektrischen Substrats 101 und
die andere Hauptebene des zweiten piezoelektrischen Substrats 102 sind über eine
Zwischenelektrode 103 verbunden.
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Die
erste Streifenelektrode weist einen Teilungsschlitz S0, der sich
in der longitudinalen Richtung derselben erstreckt, und Teilungsschlitze
S1 und S2 auf, die in der Breite der ersten Streifenelektrode gebildet
sind, um in der longitudinalen Richtung etwas näher an der Mitte zu sein als
die Positionen, zu denen Knoten N1 und N2 vertikal an der ersten Streifenelektrode
projiziert werden. Somit wird die erste Streifenelektrode durch
den Teilungsschlitz SO in Elektrodenteile 104 und 105 geteilt,
und die Elektrodenteile 104 und 105 werden durch
die Teilungsschlitze S1 und S2 ferner in die Elektrodenteile 104a, 104b, 104c, 105a, 105b und 105c geteilt.
Die zweite Streifenelektrode ist aus einem Elektrodenteil 106a gebildet.
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Trägerbauglieder 107a und 107b,
die auch als Anschlussleitungen fungieren, sind an Positionen angeordnet,
zu denen die Knoten N1 und N2 des Schwingers 50 an der
ersten Streifenelektrode projiziert werden; und Trägerbauglieder 507c und 507d, die
auch als Anschlussleitungen fungieren, sind an Positionen angeordnet,
zu denen die Knoten N1 und N2 an der zweiten Streifenelektrode projiziert
werden. Eine Technik, wie z. B. Löten, wird verwendet, um das
Trägerbauglied 107a mit
den Elektrodenteilen 105a, 104b und 105b zu
verbinden; das Trägerbauglied 107b mit
den Elektrodenteilen 104a, 104c und 105c zu
verbinden; und die Trägerbauglieder 507c und 105d mit
dem Elektrodenteil 106a zu verbinden. Die Trägerbauglieder 107a, 107b, 507c und 507d sind
aus dem gleichen Material hergestellt, sind in der gleichen Form
konfiguriert und weisen die gleiche Starrheit auf.
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Durch
ein Befestigen der Enden der Trägerbauglieder 107a, 107b, 507c und 507d und
durch ein Anlegen von Treibersignalen an den Elektrodenteil 106a,
der als eine Treiberelektrode dient, über die Trägerbauglieder 507c und 507d wird
der Schwinger 50, der eine derartige Struktur aufweist,
einer Biegeschwingung in der Dickerichtung mit freien longitudinalen
Enden unterzogen, wobei die Knoten für die Mode bzw. den Modus niedrigster
Ordnung die Knoten N1 und N2 sind. Da das erste piezoelektrische Substrat 101 und
das zweite piezoelektrische Substrat 102 durch die Trägerbauglieder 107a, 107b, 507c und 507d,
die die gleiche Starrheit aufweisen, gehalten werden, sind die Knoten
N1 und N2 im Wesentlichen in der Mitte zwischen der ersten Streifenelektrode
und der zweiten Streifenelektrode in der Dickerichtung gebildet.
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Die
herkömmlichen
Schwinggyroskope weisen dahingehend ein Problem auf, dass eine Abweichung
bei der Schwingcharakteristik des Schwingers zwischen jeweiligen
Schwinggyroskopen besteht, die durch das gleiche Herstellungsverfahren
hergestellt worden sind. Außerdem
verschiebt sich die Schwingcharakteristik jedes Schwinggyroskops
ansprechend auf die Veränderung
der Umgebungstemperatur und im Laufe der Zeit auf unterschiedliche
Weise.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abweichung
der Schwingcharakteristik des Schwingers zwischen jeweiligen Schwinggyroskopen
zu verringern und ein Schwinggyroskop zu realisieren, das eine Winkelgeschwindigkeit
genau erfassen kann.
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Die
im Vorhergehenden genannten und andere Aufgaben werden gemäß bestimmter
Merkmale der Erfindung durch ein Schwinggyroskop gelöst, das einen
Schwinger aufweist, der eine longitudinale Richtung aufweist und
in der Lage ist, in einem Biegemodus bzw. in einer Biegemode in
einer Biegerichtung, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung
ist, zu schwingen. Der Schwinger weist einen ersten und einen zweiten
Knoten, die sich länglich
in einer Richtung erstrecken, die sowohl zu der Biegerichtung als auch
zu der longitudinalen Richtung senkrecht ist, und ein erstes, zweites,
drittes und viertes Trägerbauglied
auf, die mit dem Schwinger derart verbunden sind, dass der erste
Knoten zwischen das erste und das zweite Trägerbauglied eingefügt ist und
der zweite Knoten zwischen das dritte und das vierte Trägerbauglied
eingefügt
ist. Der erste Knoten ist in der Nähe von entweder dem ersten
Trägerbauglied
oder dem zweiten Trägerbauglied
angeordnet, und das zweite Trägerbauglied
ist in der Nähe
von entweder dem dritten Trägerbauglied
oder dem vierten Trägerbauglied
angeordnet.
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Es
wird bevorzugt, dass das erste Trägerbauglied und das zweite
Trägerbauglied
die unterschiedlichen Starrheiten aufweisen, und das dritte Trägerbauglied
und das vierte Trägerbauglied
die unterschiedlichen Starrheiten aufweisen. Zu diesem Zweck können das
erste Trägerbauglied
und das zweite Trägerbauglied
voneinander unterschiedliche Formen aufweisen oder voneinander unterschiedliche
Querschnitte aufweisen. Das erste Trägerbauglied und das zweite
Trägerbauglied
können
auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
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Gemäß einem
Schwinger der vorliegenden Erfindung sind Trägerbauglieder, die unterschiedliche
Starrheiten aufweisen, an Positionen angeordnet, zu denen Knoten
an einer ersten Streifenelektrode und einer zweiten Streifenelektrode
projiziert werden. Somit werden die Knoten bezüglich der Dickerichtung entweder
zu der ersten Streifenelektrode oder der zweiten Streifenelektrode
hin verschoben. Deshalb liegt weniger Schwankung bei den Knoten des
Schwingers bezüglich
der Dickerichtung vor, und es liegt weniger Schwankung beim Treiberausgleich des
Schwingers vor, wodurch eine genaue Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit
geliefert wird.
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Ein
Schwinggyroskop gemäß der vorliegenden
Erfindung wird von Störungen
oder Veränderungen
im Laufe der Zeit weniger beeinträchtigt, da der Treiberausgleich
eines Schwingers für
eine stabile Schwingung aufrechterhalten wird, wodurch eine genaue
Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit geliefert wird.
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Eine
elektronische Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Schwinggyroskop, das in der Lage ist, eine
Winkelgeschwindigkeit genau zu bestimmen, wodurch ein genauer Steuermechanismus
gebildet wird.
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Zum
Zweck des Veranschaulichens der Erfindung werden in den Zeichnungen
mehrere Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei jedoch darauf
hingewiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten
Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die sich auf die
beiliegenden Zeichnungen bezieht.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung(en)
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schwinggyroskops gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2A bis 2C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
des Schwinggyroskops, das in 1 gezeigt
ist.
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3A bis 3C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
eines Schwinggyroskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4A bis 4C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
eines Schwinggyroskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Schwinggyroskops
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6A bis 6C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
eines Schwinggyroskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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7A bis 7C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
eines Schwinggyroskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das das Schwinggyroskop gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
ein Blockdiagramm, das das Schwinggyroskop gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist
ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
einer Antikamerawackelschaltung zeigt, die bei einer elektronischen
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schwinggyroskops gemäß einer
herkömmlichen Technik.
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12A bis 12C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
eines Schwinggyroskops, das in 11 gezeigt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die
Abweichung bei den Schwingcharakteristika an einer Positionsabweichung
der Knotenpunkte des Schwingers bei dem Schwinggyroskop liegt, und
dass die Positionsabweichung der Knoten durch eine Schwankung der
Starrheit der Trägerbauglieder
bei den jeweiligen Schwinggyroskopen untereinander bewirkt wird.
Ferner wurde festgestellt, dass die Starrheit der Trägerbauglieder
sich im Laufe der Zeit aufgrund der Tatsache ändert, dass der Kontaktzustand
zwischen dem Schwinger und dem Trägerbauglied variiert. Dies wird
durch die Veränderung
des Zustands eines Lötmittels
oder eines Haftmaterials, das den Schwinger mit den Trägerbauglied
verbindet, im Laufe der Zeit hervorgerufen.
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Die
im Vorhergehenden erläuterte
Positionsabweichung der Knotenpunkte kann gering sein. Da es jedoch
bei dem herkömmlichen
Schwinggyroskop erforderlich ist, dass dasselbe Knotenpunkte in
einer Mitte der Dickerichtung des Schwingers aufweist, führt selbst
eine derartige geringe Positionsabweichung der Knotenpunkte in der
Dickerichtung zu einer Außermittigkeit
der Knotenpunkte, wodurch eine große Veränderung der Schwingcharakteristika
hervorgerufen wird.
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Im
Hinblick auf die im Vorhergehenden genannten Gründe haben die Erfinder herausgefunden, dass
es von Vorteil ist, wenn der Schwinger konzipiert ist, um Knotenpunkte
aufzuweisen, die außermittig
sind. Infolge einer weiteren Untersuchung wird herausgefunden, dass,
wenn der Knotenpunkt in der Nähe
des Trägerbauglieds
positioniert ist, die geringe Positionsabweichung oder Verschiebung
der Knotenpunkte Schwingcharakteristika nicht wesentlich beeinträchtigt und
die Schwingcharakteristika unabhängig
von den im Vorhergehenden erläuterten
Faktoren stabil sind.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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In 1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schwinggyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt, und in den 2A bis 2C sind
eine Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht
desselben gezeigt. In den 1 und 2A bis 2C sind die
gleichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Komponenten wie denjenigen
bei dem Schwinger 50, der in den 11 und 12A bis 12C gezeigt
ist, zugewiesen, und somit wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In 1 weist
das Schwinggyroskop einen Schwinger 10 und Trägerbauglieder 107a bis 107d auf.
Der Schwinger 10 weist eine longitudinale Richtung auf
und schwingt in einer Biegemode bzw. einem Biegemodus in einer Biegerichtung,
die zu der longitudinalen Richtung senkrecht ist. Die Biegeschwingung
des Schwingers 10 erzeugt Knoten N1 und N2, von denen sich
jeder in einer Richtung länglich
erstreckt, die zu sowohl der Biegerichtung als auch der longitudinalen
Richtung bei dem Schwinger 10 senkrecht ist. Der Schwinger 10 ist
mit den Trägerbaugliedern 107c und 107d anstatt
den Trägerbaugliedern 507c und 507d des
herkömmlichen
Schwingers 50 ausgestattet. Die Trägerbauglieder 107c und 107d weisen
kleinere Querschnittsflächen
auf als die Trägerbauglieder 107a und 107b und
weisen geringere Starrheiten für
Trägerbauglieder
auf. Hier migriert die Position des Knotens N1 des Schwingers 10 zu
einem des Trägerbauglieds 107a an
der ersten Streifenelektrode und des Trägerbauglieds 107c an der
zweiten Streifenelektrode hin, das eine größere Starrheit aufweist. Somit
wird die Position des Knotens N1 zu der Nähe des Trägerbauglieds 107a verschoben,
das eine größere Starrheit
aufweist. Auf ähnliche
Weise wird die Position des Knotens N2 des Schwingers 10 zu
der Nähe
des Trägerbauglieds 107b verschoben.
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Es
wird bevorzugt, dass die Trägerbauglieder 107a und 107b eine
größere Starrheit
aufweisen als die Trägerbauglieder 107c und 107d,
derart, dass die Knoten N1 und N2 in der Dickerichtung bei einem Viertel
oder weniger von den äußeren Oberflächen des
Schwingers 10 positioniert sind.
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Der
Schwinger 10, der eine derartige Struktur aufweist, liefert
eine geringere Schwankung der Position der Knoten N1 und N2 von
Produkt zu Produkt und verringert den Migrationsbetrag der Knoten N1
und N2 in der Dickerichtung aufgrund Veränderungen im Laufe der Zeit,
da die Knoten N1 und N2 zu der Nähe
der Trägerbauglieder 107a und 107b verschoben
werden.
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Wenn
die Trägerbauglieder 107a und 107b ausreichend
größere Starrheiten
aufweisen als die Trägerbauglieder 107c und 107d,
sind die Knoten N1 und N2 an der Oberfläche des Schwingers 10 angeordnet
und befinden sich in Kontakt mit den Trägerbaugliedern 107a und 107b.
Somit variiert die Position der Knoten N1 und N2 nicht von Produkt
zu Produkt, und somit bewirken Veränderungen im Laufe der Zeit
nicht, dass die Knoten N1 und N2 in der Dickerichtung migrieren.
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Falls
umgekehrt die Querschnittsflächen
der Trägerbauglieder 107c und 107d größer gemacht werden
als diejenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b,
um die Knoten N1 und N2 in die Nähe
der Trägerbauglieder 107c und 107d zu
bringen, werden die gleichen Vorteile erhalten.
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Anschließend sind
in den 3A bis 3C eine
Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels des
Schwinggyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In den 3A bis 3C sind
die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Komponenten wie denjenigen
bei dem Schwinger 10, der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zugewiesen, und deshalb wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In
den 3A bis 3C werden
Trägerbauglieder 117c und 117d bei
dem Schwinger 11 anstatt den Trägerbaugliedern 107c und 107d bei
dem Schwinger 10 verwendet. Die Trägerbauglieder 117c und 117d weisen
die gleichen Querschnittsflächen wie
die Trägerbauglieder 107c und 107d auf,
weisen jedoch davon abweichende Formen auf. Während die Trägerbauglieder 107a und 107b jedes
konfiguriert sind, damit der Mittelabschnitt mit der ersten Streifenelektrode
verbunden ist, und Enden aufweisen, die sich in der Breite des Schwingers 11 gerade erstrecken,
sind die Trägerbauglieder 117c und 117d jedes
konfiguriert, damit der Mittelabschnitt mit der zweiten Streifenelektrode
verbunden ist, und weisen Enden auf, die sich in der Breite des
Schwingers 11 als Z-förmige
Abschnitte erstrecken. Aus diesem Grund weisen die Trägerbauglieder 117c und 117d geringere
Starrheiten als Trägerbauglieder
als die Trägerbauglieder 107a und 107b auf.
Deshalb wird die Position des Knotens N1 des Schwingers 11 auf die
gleiche Weise wie bei dem Schwinger 10, der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zu der Nähe
des Trägerbauglieds 107a,
das eine größere Starrheit
aufweist, verschoben, und die Position des Knotens N2 wird zu der
Nähe des
Trägerbauglieds 107b verschoben.
Der Schwinger 11, der eine derartige Struktur aufweist,
weist auch die gleichen Vorteile wie diejenigen des Schwingers 10 auf,
der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist.
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Die
Formen der Trägerbauglieder 107a, 107b, 117c und 117d sind
nicht auf die Formen beschränkt,
die in den 3A bis 3C gezeigt
sind. Außerdem
kann eine Form verwendet werden, so dass die Trägerbauglieder 117c und 117d größere Starrheiten
als die Trägerbauglieder 107a und 107b aufweisen.
Auch können,
indem die Querschnittsflächen
der Trägerbauglieder 117c und 117d anders
als diejenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b gemacht
werden, die Starrheiten der Trägerbauglieder 117c und 117d sich
somit von derjenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b unterscheiden.
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Anschließend sind
in den 4A bis 4C eine
Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels des
Schwinggyroskops gezeigt, das einen Schwinger 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. In den 4A bis 4C sind
die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Komponenten wie denjenigen
bei dem Schwinger 10, der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zugewiesen, und deshalb wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In
den 4A bis 4C ist
der Schwinger 12 mit Trägerbaugliedern 127c und 127d anstatt
den Trägerbaugliedern 107c und 107d bei
dem Schwinger 10 ausgestattet. Die Trägerbauglieder 127c und 127d weisen
die gleiche Querschnittsfläche
und die gleiche Form wie die Trägerbauglieder 107c und 107d auf,
sind jedoch aus anderen Materialien hergestellt. Hier weisen, vorausgesetzt,
dass die Trägerbauglieder 107a und 107b aus
Molybdän
hergestellt sind, das ein Material hoher Elastizität ist, während die
Trägerbauglieder 127c und 127d aus
Kupfer hergestellt sind, das ein Material niedriger Elastizität ist, die
Trägerbauglieder 107a und 107b größere Starrheiten
für Trägerbauglieder
auf als die Trägerbauglieder 127c und 127d.
Deshalb wird die Position des Knotens N1 des Schwingers 12 zu
der Nähe
des Trägerbauglieds 107a,
das eine größere Starrheit
aufweist, verschoben, und die Position des Knotens N2 wird zu der
Nähe des
Trägerbauglieds 107b versetzt. Der
Schwinger 12, der eine derartige Struktur aufweist, weist
auch die gleichen Vorteile wie diejenigen des Schwingers 10 auf,
der in den 1 und 2 gezeigt
ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Material, das in den Trägerbaugliedern 107a, 107b, 127c und 127d enthalten
ist, nicht auf die Paarbildung von Kupfer und Molybdän beschränkt ist.
Außerdem
können
Materialien derart verwendet werden, dass die Trägerbauglieder 127c und 127d größere Starrheiten als
die Trägerbauglieder 107a und 107b aufweisen. Auch
können,
indem die Querschnittsflächen
und Formen der Trägerbauglieder 127c und 127d anders als
diejenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b gemacht
werden, die Starrheiten der Trägerbauglieder 127c und 127d sich
somit von denjenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b unterscheiden.
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Anschließend ist
in 5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des
Schwinggyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In 5 sind die gleichen Bezugszeichen
den gleichen oder ähnlichen
Komponenten wie denjenigen bei dem Schwinger 10, der in
den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zugewiesen, und deshalb wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In 5 ist
ein Schwinger 13 mit Trägerbaugliedern 137c und 137d,
die kürzer
als die Trägerbauglieder 107a und 107b sind,
anstelle der Trägerbauglieder 107c und 107d bei
dem Schwinger 10 ausgestattet.
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5 veranschaulicht
auch einen Rahmen 20, der in den 1 bis 4 weggelassen ist. Bei dem Rahmen 20 handelt
es sich um einen Rahmen, der aus Metall, Harz oder dergleichen hergestellt
ist, und derselbe weist einen äußeren Umfang 201 und
einen inneren Umfang 202 in einer gestuften Beziehung auf.
Der äußere Umfang 201 ist
ein Abschnitt, an dem die Enden der Trägerbauglieder 107a und 107b befestigt
sind, und der innere Umfang 202 ist ein Abschnitt, an dem
die Enden der Trägerbauglieder 137c und 137d befestigt
sind. Der Schwinger 13 wird dann an dem äußeren Umfang 201 an
Trägerpunkten 107a' und 107b' befestigt,
die die Enden der Trägerbauglieder 107a und 107b bilden,
und wird an dem inneren Umfang 202 an Trägerpunkten 137c' und 137d' befestigt,
die die Enden der Trägerbauglieder 137c und 137d bilden.
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Auf
diese Weise sind bei dem Schwinger 13 die Abstände von
der ersten Streifenelektrode zu den Trägerpunkten 107a' und 107b' größer als
die Abstände
von der zweiten Streifen elektrode zu den Trägerpunkten 137c' und 137d'. Somit weisen
die Trägerbauglieder 107a und 107b geringere
Starrheiten für
Trägerbauglieder
auf als die Trägerbauglieder 137c und 137d.
Deshalb wird die Position des Knotens N1 des Schwingers 13 zu
der Nähe
des Trägerbauglieds 137c verschoben,
das eine größere Starrheit
aufweist. Auf ähnliche
Weise wird die Position des Knotens N2 des Schwingers 13 zu
der Nähe
des Trägerbauglieds 137d verschoben.
Der Schwinger 13, der eine derartige Struktur aufweist,
weist auch die gleichen Vorteile wie diejenigen des Schwingers 10 auf,
der in den 1 und 2 gezeigt
ist.
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Alternativ
dazu können
die Abstände
von der ersten Streifenelektrode zu den Trägerpunkten 107a' und 107b' kürzer sein
als die Abstände
von der zweiten Streifenelektrode zu den Trägerpunkten 137c' und 137d'. Auch können sich,
indem die Querschnittsflächen,
Formen und Materialien der Trägerbauglieder 137c und 137d anders
als diejenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b gemacht
werden, die Starrheiten der Trägerbauglieder 137c und 137d somit
von denjenigen der Trägerbauglieder 107a und 107b unterscheiden.
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Anschließend sind
in den 6A bis 6C eine
Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels des
Schwinggyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In den 6A bis 6C sind
die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Komponenten wie denjenigen
bei dem Schwinger 10, der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zugewiesen, und deshalb wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In
den 6A bis 6C ist
ein Schwinger 14 mit Trägerbaugliedern 147b und 147d anstatt
den Trägerbaugliedern 107b und 107d bei
dem Schwinger 10 ausgestattet. Die Trägerbauglieder 147b und 107c unterscheiden
sich bezüglich
der Querschnittsfläche
von den Trägerbaugliedern 107a und 147d. Die
Trägerbauglieder 147b und 107c weisen
kleinere Querschnittsflächen
als die Trägerbauglieder 107a und 147d auf und
weisen somit geringere Starrheiten für Trägerbauglieder auf. Deshalb
wird die Position des Knotens N1 des Schwingers 14 zu der
Nähe des Trägerbauglieds 107a verschoben,
das eine größere Starrheit
aufweist. Auf ähnliche
Weise wird die Position des Knotens N2 des Schwingers 14 zu
der Nähe des
Trägerbauglieds 147d verschoben.
Der Schwinger 14, der eine derartige Struktur aufweist,
weist auch die gleichen Vorteile wie diejenigen des Schwingers 10 auf,
der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist.
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Der
Schwinger 14, der eine derartige Struktur aufweist, weist
keine Schwankungen bezüglich der
Position der Knoten N1 und N2 von Produkt zu Produkt auf, und Veränderungen
im Laufe der Zeit bewirken auch nicht, dass die Knoten N1 und N2
in der Dickerichtung migrieren, da die Knoten N1 und N2 zu der Nähe der Trägerbauglieder 107a und 147d verschoben
werden. Alternativ dazu können
die Trägerbauglieder 147b und 107c größere Querschnittsflächen als
die Trägerbauglieder 107a und 147d aufweisen.
Auch können
sich, indem die Querschnittsflächen,
Formen, Materialien und Abstände
zu den Trägerpunkten
der Trägerbauglieder 107a, 147b, 107c und 147d unterschiedlich
gemacht werden, die Starrheiten der Trägerbauglieder 147b und 107c somit
von denjenigen der Trägerbauglieder 107a und 147d unterscheiden.
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Anschließend sind
in den 7A bis 7C eine
Grundrissansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Unteransicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels des
Schwinggyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In den 7A bis 7C sind
die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Komponenten wie denjenigen
bei dem Schwinger 10, der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt
ist, zugewiesen, und deshalb wird auf Beschreibungen derselben verzichtet.
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In
den 7A bis 7C ist
ein Schwinger 15 mit Trägerbaugliedern 157e und 157f anstelle
des Trägerbauglieds 107c bei
dem Schwinger 10 und Trägerbaugliedern 157g und 157h anstelle
des Trägerbauglieds 107d ausgestattet.
Die Träger bauglieder 157e und 157f und 157g und 157h sind
in der Breite des zweiten piezoelektrischen Substrats 102 symmetrisch
ausgerichtet, wobei bei jedem ein Ende mit der zweiten Streifenelektrode
verbunden ist und sich das andere Ende in der Breite des zweiten
piezoelektrischen Substrats 102 gerade erstreckt.
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Die
jeweiligen Querschnittsflächen
der Trägerbauglieder 157e, 157f, 1578 und 157h unterscheiden
sich von derjenigen der Trägerbauglieder 107a und 107.
Die Trägerbauglieder 157e, 157f, 157g und 157h weisen
kleinere jeweilige Querschnittsflächen auf als die Trägerbauglieder 107a und 107 und
weisen geringere Starrheiten als Trägerbauglieder auf. Deshalb
wird die Position des Knotens N1 des Schwingers 15 zu der
Nähe des
Trägerbauglieds 107a verschoben,
das eine größere Starrheit
aufweist. Auf ähnliche
Weise wird die Position des Knotens N2 des Schwingers 15 zu
der Nähe
des Trägerbauglieds 107 verschoben.
Der Schwinger 15, der eine derartige Struktur aufweist,
weist auch die gleichen Vorteile wie diejenigen des Schwingers 10 auf,
der in den 1 und 2A bis 2C gezeigt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass alternativ dazu die erste Streifenelektrode
durch vier Trägerbauglieder
auf die gleiche Weise wie die Trägerbauglieder 157e, 157f, 157g und 157h an
der zweiten Streifenelektrode getragen werden kann.
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Bei
den im Vorhergehenden genannten Ausführungsbeispielen wurde ein
Schwinggyroskop beschrieben, bei dem Trägerbauglieder an den Positionen,
zu denen der Knoten N1 an der ersten Streifenelektrode und der zweiten
Streifenelektrode projiziert wird, unterschiedliche Starrheiten
aufweisen, und bei dem Trägerbauglieder
an den Positionen, zu denen der Knoten N2 an der ersten Streifenelektrode
und der zweiten Streifenelektrode projiziert wird, unterschiedliche
Starrheiten aufweisen. Alternativ dazu können die Starrheiten der Trägerbauglieder
an den Positionen, zu denen einer des Knotens N1 und des Knotens
N2 an der ersten Streifenelektrode und der zweiten Streifenelektrode
projiziert wird, unterschiedlich sein, und die Starrheiten der Trägerbauglieder, die
an den Positionen bereitgestellt sind, zu denen der andere Knoten
an der ersten Streifenelektrode und der zweiten Streifenelektrode
projiziert wird, können
die gleichen sein.
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Anschließend ist
in 8 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Schwinggyroskops
gezeigt, das einen Schwinger gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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In 8 umfasst
ein Schwinggyroskop 30 der vorliegenden Erfindung den Schwinger 10 der vorliegenden
Erfindung, der in 1 gezeigt ist, eine Oszillationsschaltung 301,
die als eine Treibereinrichtung dient, und eine Detektorschaltung 302,
die als eine Erfassungseinrichtung dient. Die Oszillationsschaltung 301 enthält einen
ersten Ladungsverstärker 301a,
einen zweiten Ladungsverstärker 301b,
eine Addiererschaltung 301c, eine automatische Verstärkungssteuerschaltung
(AGC-Schaltung) 301d und eine Phasenkorrekturschaltung 301e.
Die Detektorschaltung 302 umfasst den ersten Ladungsverstärker 301a,
den zweiten Ladungsverstärker 301b,
eine Differenzschaltung 302a, eine Detektorschaltung 302b,
eine Glättungsschaltung 302c und eine
Verstärkerschaltung 302d.
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Hier
ist der Elektrodenteil 104a, bei dem es sich um eine erste
Erfassungselektrode des Schwingers 10 handelt, mit dem
ersten Ladungsverstärker 301a verbunden,
und der Elektrodenteil 105a, bei dem es sich um eine zweite
Erfassungselektrode des Schwingers 10 handelt, ist mit
dem zweiten Ladungsverstärker 301b verbunden.
Der erste Ladungsverstärker 301a und
der zweite Ladungsverstärker 301b sind
jeder mit der Addiererschaltung 301c und der Differenzschaltung 302a verbunden.
Die Addiererschaltung 301c ist mit der AGC-Schaltung 301d verbunden;
die AGC-Schaltung 301d ist mit der Phasenkorrekturschaltung 301e verbunden;
und die Phasenkorrekturschaltung 301e ist mit der Detektorschaltung 302b und
mit dem Elektrodenteil 106a, der als eine Treiber elektrode
dient, verbunden. Die Differenzschaltung 302a ist mit der
Detektorschaltung 302b verbunden; die Detektorschaltung 302b ist
mit der Glättungsschaltung 302c verbunden;
und die Glättungsschaltung 302c ist
mit der Verstärkerschaltung 302d verbunden.
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Bei
dem Schwinggyroskop 30 der vorliegenden Erfindung, das
eine derartige Struktur aufweist, wandelt der erste Ladungsverstärker 301a eine
elektrische Ladung, die durch den Elektrodenteil 104a erzeugt
wird, der als die erste Erfassungselektrode dient, in eine Spannung
zum Ausgeben an die Addiererschaltung 301c und die Differenzschaltung 302a um.
Der zweite Ladungsverstärker 301b wandelt
eine elektrische Ladung, die durch den Elektrodenteil 105a erzeugt
wird, der als die zweite Erfassungselektrode dient, in eine Spannung
zum Ausgeben an die Addiererschaltung 301c und die Differenzschaltung 302a um.
Die Addiererschaltung 301c addiert die Eingangssignale
und gibt dieselben an die AGC-Schaltung 301d aus; die AGC-Schaltung 301d führt eine
Verstärkung
durch, so dass die Eingangssignale eine konstante Amplitude aufweisen,
und gibt dieselben an die Phasenkorrekturschaltung 301e aus;
und die Phasenkorrekturschaltung 301e führt eine Phasenkorrektur bei
den Eingangssignalen durch und legt Treibersignale an den Elektrodenteil 106a an,
der als die Treiberelektrode dient.
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Andererseits
subtrahiert die Differenzschaltung 302a die Eingangssignale
und gibt die sich ergebenden Signale an die Detektorschaltung 302b aus; die
Detektorschaltung 302b erfasst die Signale, die von der
Differenzschaltung 302a eingegeben werden, mit den Signalen,
die von der Phasenkorrekturschaltung 301e eingegeben werden,
und gibt dieselben an die Glättungsschaltung 302c aus;
die Glättungsschaltung 302c glättet die
Eingangssignale und gibt dieselben an die Verstärkerschaltung 302d aus; und
die Verstärkerschaltung 302d gleichsignalverstärkt die
Eingangssignale und gibt dieselben nach außen aus.
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Bei
dem Schwinggyroskop 30, das eine derartige Struktur aufweist,
wird der Schwinger 10 durch ein Anlegen der Treibersignale
an den Elektrodenteil 106a, der als die Treiberelektrode
dient, einer Biegeschwingung in der Dickerichtung mit freien longitudinalen
Enden unterzogen, wobei die Knoten für die Mode bzw. den Modus niedrigster
Ordnung die Knoten N1 und N2 sind. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit,
die eine Achse in der longitudinalen Richtung aufweist, an den Schwinger 10 angelegt
wird, tritt aufgrund der Corioliskraft in der Breite eine Biegeverschiebung
auf, so dass die Winkelgeschwindigkeit aus der Differenz bei Signalen
zwischen dem Elektrodenteil 104a, der als die erste Erfassungselektrode dient,
und der Elektrode 105a, die als die zweite Erfassungselektrode
dient, erfasst werden kann. Außerdem
können
die Signale, die der Biegeverschiebung in der Richtung der Dicke
des Schwingers 10 entsprechen, die nicht durch die Corioliskraft
beeinflusst werden, aus der Summe der Signale des Elektrodenteils 104a,
der als die erste Erfassungselektrode dient, und derjenigen des
Elektrodenteils 105a, der als die zweite Erfassungselektrode
dient, erfasst werden.
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Da
eine Verwendung des Schwingers 10 der vorliegenden Erfindung
ermöglicht,
dass der Treiberausgleich des Schwingers 10 für eine stabile
Schwingung aufrechterhalten wird, werden die Wirkungen von Störungen oder
Veränderungen
im Laufe der Zeit verringert, was eine genaue Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit
liefert.
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Anschließend ist
in 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schwinggyroskops
gezeigt, das den Schwinger der vorliegenden Erfindung verwendet.
In 9 sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen
oder ähnlichen
Komponenten wie denjenigen des Schwinggyroskops 30, das
in 8 gezeigt ist, zugewiesen, und deshalb wird auf
Beschreibungen derselben verzichtet.
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In 9 unterscheiden
sich eine Oszillationsschaltung 311 und eine Detektorschaltung 312 bei
einem Schwinggyroskop 31 der vorliegenden Erfindung von
der Oszillationsschaltung 301 und der Detektorschaltung 302 bei
dem Schwinggyroskop 30, das in 8 gezeigt
ist, dahingehend, dass Widerstände 311a und 311b,
eine erste Pufferschaltung 311c und eine zweite Pufferschaltung 311d anstelle des
ersten Ladungsverstärkers 301a und
des zweiten Ladungsverstärkers 301b bereitgestellt
sind.
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Bei
dem Schwinggyroskop 31 sind dementsprechend der Widerstand 311a und
die erste Pufferschaltung 311c mit dem Elektrodenteil 104a verbunden,
der als die erste Erfassungselektrode dient, und der Widerstand 311b und
die zweite Pufferschaltung 311d sind mit dem Elektrodenteil 105a verbunden, der
als die zweite Erfassungselektrode dient. Die erste Pufferschaltung 311c und
die zweite Pufferschaltung 311d sind mit der Addiererschaltung 301c und mit
der Differenzschaltung 302a verbunden. Hier gibt die erste
Pufferschaltung 311c eine Spannung des Elektrodenteils 104a,
der als die erste Erfassungselektrode dient, an die Addiererschaltung 301c und
an die Differenzschaltung 302a aus; die zweite Pufferschaltung 311d gibt
eine Spannung des Elektrodenteils 105a, der als die zweite
Erfassungselektrode dient, an die Addiererschaltung 301c und
an die Differenzschaltung 302a aus; und die Widerstände 311a und 311b stellen
eine Impedanz des Elektrodenteils 104a, der als die erste
Erfassungselektrode dient, und diejenige des Elektrodenteils 105a,
der als die zweite Erfassungselektrode dient, ein.
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Eine
Verwendung des Schwinggyroskops 31, das eine derartige
Struktur aufweist, liefert auch die gleichen Vorteile wie diejenigen
des Schwinggyroskops 30, das in 8 gezeigt
ist.
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Anschließend ist
in 10 ein Ausführungsbeispiel
einer elektronischen Vorrichtung gezeigt, die ein Schwinggyroskop der
vorliegenden Erfindung umfasst. 10 ist
ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
einer Antikamerawackelschaltung zur Verwendung bei Videokameras
zeigt, die eine elektronische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verkörpern. Eine
Antikamerawackelschaltung 40 umfasst das Schwinggyroskop 30 der
vorliegenden Erfindung, eine Integratorschaltung 401, eine
Servoschaltung 402, einen Elektrischer-Strom-Treiber 403, eine
Betätigungseinrichtung 404 und
einen Positionserfassungssensor 405. Bei der Antikamerawackelschaltung 40 sind
das Schwinggyroskop 20, die Integratorschaltung 401,
die Servoschaltung 402, der Elektrischer-Strom-Treiber 403 und
die Betätigungseinrichtung 404 in
Reihe geschaltet, und das Ausgangssignal der Betätigungseinrichtung 404 wird
zu der Servoschaltung 402 durch den Positionserfassungssensor 405 zurückgeführt.
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Bei
der Antikamerawackelschaltung 40, die eine derartige Struktur
aufweist, werden nur Signale einer Winkelgeschwindigkeit eines Kamerawackelns, das
eine Videokamera beeinträchtigt,
in die Integratorschaltung 401 von dem Schwinggyroskop 20 eingegeben;
die Integratorschaltung 401 integriert die Winkelgeschwindigkeitssignale
zur Umwandlung in einen Abweichungswinkel bei der Videokamera, bevor
an die Servoschaltung 402 ausgegeben wird; die Servoschaltung 402 verwendet
die Signale des Abweichungswinkels, die von der Integratorschaltung 401 und
von dem Positionserfassungssensor 405 eingegeben werden,
um die Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem gewünschten
Wert zu berechnen, und gibt das Ergebnis an den Elektrischer-Strom-Treiber 403 aus;
der Elektrischer-Strom-Treiber 403 gibt den Strom, der
dem Eingangssignal entspricht, an die Betätigungseinrichtung 404 aus;
und die Betätigungseinrichtung 404 treibt
mechanisch ein optisches System in der Videokamera. Der Positionserfassungssensor 405 wiederum
gibt den Abweichungswinkel aufgrund des getriebenen optischen Systems
an die Servoschaltung 402 aus.
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Eine
Videokamera, die die Antikamerawackelschaltung 40 umfasst,
die eine derartige Struktur aufweist, verwendet das Schwinggyroskop 30,
das in der Lage ist, eine Winkelgeschwindigkeit genau zu bestimmen,
wodurch die Wirkungen des Kamerawackelns, das die Videokamera beeinträchtigt,
angemessen beseitigt werden.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung offenbart worden sind, werden verschiedene Ausführungsmodi
der hier offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs
der folgenden Ansprüche
liegend betrachtet. Deshalb sei darauf hingewiesen, dass der Schutzbereich
der Erfindung nicht eingeschränkt
sein soll, außer
wie es in den Ansprüchen
anders dargelegt ist.