JP2021092471A - 角速度検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度によらず、角速度センサに伝わる固有の周波数の振動を低減させることを目的とする。【解決手段】角速度検出装置は、角速度センサを保持する保持部材と、保持部材に当接する第１の緩衝部材と、第１の緩衝部材の反対側から保持部材に当接する第２の緩衝部材と、第１の緩衝部材に当接し、温度に応じて第１の緩衝部材の厚みを変更することが可能な第１の変更部材と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝部材を有する角速度検出装置および撮像装置に関する。

角速度センサは、姿勢や振動等の検出に用いられている。例えば、撮像装置においては、角速度センサは、撮影者による手振れの方向および量の検出に用いられている。角速度センサに対して、該角速度センサの固有の周波数の信号が入力されると、出力エラーが発生する。例えば、角速度センサは、駆動周波数と検出周波数との差である離調周波数において信号を増幅する特徴を有する。離調周波数で信号が増幅され、且つ増幅された信号が回路内部で飽和すると、離調周波数より低周波数の信号を出力する。つまり、実際の信号と異なる信号が出力される。従って、角速度センサに振動が伝わったときに、離調周波数の振動が大きいと、正しい角速度を出力できないという問題が発生することがある。固有の周波数には、離調周波数以外にも角速度センサの機械的な共振周波数等がある。

角速度センサに伝わる固有の周波数の振動を低減するため、角速度センサに緩衝部材を設けた角速度検出装置が用いられている。関連する技術として、特許文献１の防振カメラが提案されている。特許文献１の防振カメラでは、振動検出手段が緩衝部材を介してレンズ鏡筒に固定されており、その緩衝力を調整する緩衝調整手段が設けられている。

特開平３−３７６１６号公報

ところで、角速度検出装置の温度が低温に変化すると、緩衝部材の剛性は高くなり、角速度検出装置の機械的な共振周波数は高周波側にシフトする。そこで、任意の温度において、角速度検出装置の共振周波数が、角速度センサの固有の周波数より低くなるように設定することが考えられる。この場合、任意の温度より低温になると、角速度検出装置の共振周波数が固有の周波数近傍となり、逆に、固有の周波数の振動を増幅して角速度センサへ伝える可能性がある。その結果、任意の温度より低い温度では、正しい角速度を出力できなくなる。特許文献１の防振カメラでは、緩衝部材の剛性を調整できるものの、角速度検出装置の温度が低くなるごとに緩衝部材の剛性を調整して、角速度検出装置の機械的な共振周波数を角速度センサの固有の周波数より小さくなるように設定する必要がある。しかしながら、角速度検出装置が撮像装置等の筐体の内部にあるような場合、温度変化に応じて、角速度検出装置の機械的な共振周波数の設定を行うことは難しい。

本発明は、温度によらず、角速度センサに伝わる固有の周波数の振動を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の角速度検出装置は、角速度センサを保持する保持部材と、前記保持部材に当接する第１の緩衝部材と、前記第１の緩衝部材の反対側から前記保持部材に当接する第２の緩衝部材と、前記第１の緩衝部材に当接し、温度に応じて前記第１の緩衝部材の厚みを変更することが可能な第１の変更部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度によらず、角速度センサに伝わる固有の周波数の振動を低減させることができる。

第１実施形態における角速度検出装置の分解斜視図である。 撮像装置の構成を示す図である。 角速度検出装置の構造を表す図である。 シャッターショック振動および出力エラーを表すグラフである。 温度に応じた周波数特性を説明するグラフである。 図３（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図のうち第１の変更部材の近傍の断面を示す図である。 第１実施形態におけるコイルばねと第１の緩衝部材の反力のつり合いを表したグラフである。 コイルばねと第１の緩衝部材とをばねで模擬した図である。 シャッターショック振動の周波数特性を表すグラフである。 第２実施形態におけるコイルばねと第１の緩衝部材の反力のつり合いを表したグラフである。 第３実施形態の角速度検出装置の分解斜視図である。 第３実施形態における第１の緩衝部材のチャージ量の調整方法を説明するグラフである。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の各実施の形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は各実施の形態に記載されている構成によって限定されることはない。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、第１実施形態について説明する。図１は、角速度検出装置１０の分解斜視図である。角速度検出装置１０は、角速度センサ１１、センサ保持部材１２、２つの緩衝部材１３、２つの変更部材１４および２つの支持部材１５を有する。各実施形態における角速度検出装置１０は、撮像装置に内蔵されているものとして説明するが、振動を検出する任意の装置に適用されてもよい。また、角速度検出装置１０の構成は、図１の例には限定されない。

角速度センサ１１は、角速度センサ１１が取り付いている物体の姿勢や振動を角速度として検出して、信号として出力する。図１における角速度検出装置１０は、３つの角速度センサ１１を有している。また、１つの角速度センサ１１の角速度の検出軸は１つである。センサ保持部材１２は角速度センサ１１を保持する保持部材である。角速度センサ１１は所定のフレキシブルプリント基板に実装されている。例えば、フレキシブルプリント基板は、センサ保持部材１２に接着剤や両面テープ等を用いて固定される。なお、角速度センサ１１はフレキシブルプリント基板以外（例えば、所定の部材）に実装されてもよく、固定方法も上記の例には限定されない。また、センサ保持部材１２は、角速度センサ１１の各検出軸を略直交に保持する。本実施形態では、角速度センサ１１ａの検出軸は図１に記載のピッチ軸（Ｘ軸回り）、角速度センサ１１ｂの検出軸は図１に記載のヨー軸（Ｙ軸回り）、および角速度センサ１１ｃの検出軸は図１に記載のロール軸（Ｚ軸回り）方向とする。

緩衝部材１３は、角速度センサ１１が固定されているセンサ保持部材１２に伝わる外部からの振動を減衰させる部材である。緩衝部材１３の材質としては、ゴム等の粘弾性体を適用できる。緩衝部材１３の材質の詳細は後述する。本実施形態の緩衝部材１３は、第１の緩衝部材１３ａと第２の緩衝部材１３ｂとにより構成される。第１の緩衝部材１３ａと第２の緩衝部材１３ｂとは、センサ保持部材１２を介して対向するように配置される。つまり、センサ保持部材１２は、一方側で第１の緩衝部材１３ａと当接し、反対側から第２の緩衝部材１３ｂと当接して、挟み込まれた状態になる。以下、センサ保持部材１２と第１の緩衝部材１３ａとが当接する面を第１の面とし、センサ保持部材１２と第２の緩衝部材１３ｂが当接する面を第３の面とする。また、第１の緩衝部材１３ａで第１の面と対向する面（第１の面の反対面）を第２の面とし、第２の緩衝部材１３ｂで第１の面と対向する面（反対面）を第４の面とする。第１の面と第２の面との間の距離を第１の距離とし、第３の面と第４の面の距離を第２の距離とする。第１の距離および第２の距離は、面と面との間の間隔でもある。第１の距離は第１の緩衝部材１３ａの厚みであり、第２の距離は第２の緩衝部材１３ｂの厚みである。

変更部材１４は、第１の距離および第２の距離を変更するための部材である。変更部材１４は、第１の緩衝部材１３ａおよび第２の緩衝部材１３ｂの厚みを変更する部材でもある。詳細は、後述する。変更部材１４は、本実施形態における角速度検出装置１０では、第１の変更部材１４ａと第２の変更部材１４ｂとにより構成される。第１の変更部材１４ａは第１の緩衝部材１３ａと当接するように配置され、第２の変更部材１４ｂは緩衝部材１３と当接するように配置される。第１の変更部材１４ａは第１の緩衝部材１３ａの第２の面と当接し、第２の変更部材１４ｂは第２の緩衝部材１３ｂの第４の面と当接する。

支持部材１５は、変更部材１４と当接し、緩衝部材１３と変更部材１４とセンサ保持部材１２とを挟み込んで各部材を支持する。支持部材１５は、姿勢や振動等を検出する対象の物体を固定するために用いられる部材である。本実施形態における角速度検出装置１０では、支持部材１５は、第１の支持部材１５ａと第２の支持部材１５ｂとにより構成される。なお、支持部材１５は、第１の支持部材１５ａと第２の支持部材１５ｂとは別体であってもよいし、一体的に構成されてもよい。センサ保持部材１２と２つの緩衝部材１３と２つの変更部材１４とは、第１の支持部材１５ａと第２の支持部材１５ｂとにより挟み込まれた状態で固定される。本実施形態では、以上のような構成を採用することにより、支持部材１５から伝達される振動は、緩衝部材１３と変更部材１４を介して角速度センサ１１に伝達される。

次に、角速度検出装置１０を有する撮像装置２０について説明する。図２は、撮像装置２０の構成を示す図である。撮像装置２０は、本体部３０とレンズユニット４０とを有して構成される。本体部３０は、本体角速度検出装置１０ａ、撮像素子３１、シャッター３２、本体信号処理部３３、撮像素子駆動部３４および本体ＣＰＵ３５を有する装置である。図２に示される撮影光軸Ｉに沿った被写体光束が、レンズユニット４０を通って撮像素子３１に入射することで、撮像が行われる。一点鎖線で示される撮影光軸は、図２に示されるＺ軸と平行な軸である。

シャッター３２は、レンズユニット４０と撮像素子３１との間に配置されている。シャッター３２は、レンズユニット４０から撮像素子３１に向かう光を遮蔽する状態と透過する状態とを切り替えることができる。撮像素子３１は入力された被写体光束に応じた信号を出力する。一般的に、出力された撮像素子３１からの信号は画像処理部で画像処理が行われて画像情報が生成され、生成された画像情報は記憶部に記憶される。本体角速度検出装置１０ａは、上述した角速度検出装置１０と同じ構成および機能を有し、撮像装置２０の振れ角速度を検出する。本体信号処理部３３は、本体角速度検出装置１０ａが出力する角速度信号に基づいて目標値演算をして角度信号に変換する。目標値演算としては、１階積分等を適用できる。撮像素子駆動部３４は、撮像素子３１を、図２に示される撮影光軸と直交するＸ軸とＹ軸とにより形成されるＸＹ平面と平行な面内で駆動させる。

本体ＣＰＵ３５は、本体角速度検出装置１０ａが検出した振れの角速度に基づいて、撮像素子３１の駆動量を決定する。そして、本体ＣＰＵ３５が撮像素子駆動部３４を用いて撮像素子３１を駆動することで、撮像装置２０の振れによる撮像素子３１の撮像面で生じる像振れが補正される。本体ＣＰＵ３５は、所定のプログラミング回路等であってもよい。

次にレンズユニット４０について説明する。レンズユニット４０は、レンズ角速度検出装置１０ｂ、撮影光学系４１、レンズ信号処理部４２、レンズ駆動部４３およびレンズＣＰＵ４５を有する装置である。撮影光学系４１には、振れ補正レンズ４４が含まれる。撮影光学系４１には、他のレンズが含まれていてもよい。撮影光学系４１は、レンズユニット４０の撮影光軸上に設けられる。撮影光学系４１により、本体部３０の撮像素子３１に被写体光束が結像する。レンズ角速度検出装置１０ｂは、上述した角速度検出装置１０と同一の構成および機能を有し、レンズユニット４０の振れ角速度を検出する。

レンズ信号処理部４２は、本体信号処理部３３と同様であり、レンズ角速度検出装置１０ｂが出力する角速度信号に基づいて目標値演算を行い、角度信号に変換する。レンズ駆動部４３も、撮像素子駆動部３４と同様に、振れ補正レンズ４４を、図２に示される撮影光軸Ｉと直交するＸ軸とＹ軸とにより形成されるＸＹ平面と平行な面内で駆動させる。レンズＣＰＵ４５は、本体角速度検出装置１０ａで検出された振れ角速度に基づいて、振れ補正レンズ４４の駆動量を決定し、レンズ駆動部４３を用いて振れ補正レンズ４４を駆動する。これにより、撮像装置２０の振れによる撮像素子３１の撮像面で生じる像振れを補正する。本体角速度検出装置１０ａとレンズ角速度検出装置１０ｂとは、両者とも撮像装置２０の振れを検出する。そして、本体ＣＰＵ３５とレンズＣＰＵ４４とは相互に通信を行い、撮像素子３１の駆動量および振れ補正レンズ４４の駆動量が決定される。

撮像装置２０は、本体部３０とレンズユニット４０とが別体であり、且つ本体部３０からレンズユニット４０を交換可能であってもよいし、本体部３０とレンズユニット４０とは一体的に構成されてもよい。また、撮像装置２０は、本体角速度検出装置１０ａとレンズ角速度検出装置１０ｂとの何れか一方のみを有していてもよいし、撮像素子駆動部３４とレンズ駆動部４３との何れか一方のみを有していてもよい。

次に、本実施形態の角速度検出装置１０の動作について説明する。図３は、角速度検出装置１０の構造を表す図である。Ｘ軸、Ｙ軸並びにＺ軸、およびピッチ軸、ヨー軸並びにロール軸は、図１に示される方向と同一である。図３（ａ）は、角速度検出装置１０のロール軸の角速度センサ１１ｃを正面にしたＸＹ平面と平行な図である。図３（ｂ）は角速度検出装置１０を図３（ａ）のＹ軸と平行なＡ−Ａ´断面で切断したときの断面図である。図３（ｂ）に実線の回転矢印で表されるω_ｉｎは、角速度検出装置１０に入力されるヨー軸方向の回転角速度である。角速度検出装置１０に入力されたヨー軸の回転角速度ω_ｉｎは、支持部材１５と変更部材１４と緩衝部材１３とを介して、センサ保持部材１２に伝達される。角速度センサ１１のうち、ヨー軸の角速度センサ１１ｂが設けられるセンサ保持部材１２で測定されるヨー軸方向の回転角速度が、破線の回転矢印で表されるω_ｏｕｔである。図３においては、ヨー軸のみの回転角速度の入力および出力を示しているが、ピッチ軸およびロール軸についてもヨー軸と同様である。

次に、撮像装置２０の動作について説明する。本体部３０に搭載されるシャッター３２は、遮光のための先幕および後幕を有している。先幕および後幕は、撮影者からの撮影指示操作等に応答して動作し、撮像素子３１へ向かう光を遮る遮光状態と撮像素子３１へ向かう光を遮らない露光状態とを順次、切り替える。その際、先幕および後幕は、シャッター３２の内部に設けられた緩衝材などに衝突することで動作を停止する。これにより、衝撃が発生する。先幕が動作を停止した後、後幕が動作を停止するまでは露光が継続されているため、先幕が緩衝材に衝突した際の衝撃による振動は、露光が行われている最中に発生する。これをシャッターショック振動と称する。

シャッターショック振動は、シャッター３２から本体部３０の内部の構造物を介して本体角速度検出装置１０ａに伝達され、本体部３０からレンズユニット４０の内部の構造物を介してレンズ角速度検出装置１０ｂに伝達される。角速度検出装置１０に搭載される角速度センサ１１は、固有の周波数ｆｓを持ち、該周波数ｆｓで入力信号を増幅する特性を有する。本実施形態では角速度センサ１１に応じて定まる固有の周波数ｆｓは、角速度センサ１１の検出周波数と駆動周波数との差であり、離調周波数Δｆと称される。以下、固有の周波数ｆｓを離調周波数Δｆとして説明するが、固有の周波数ｆｓは離調周波数Δｆには限定されない。各実施形態では、角速度検出装置１０に搭載される角速度センサ１１の離調周波数Δｆは「７００Ｈｚ」とする。ただし、離調周波数Δｆは「７００Ｈｚ」以外の周波数であってもよい。角速度センサ１１は離調周波数Δｆで信号が増幅され、且つ信号が回路内部で飽和すると、離調周波数Δｆより低周波数の信号を出力する等、実際の信号と異なる信号を出力する。以下、実際の信号と異なる信号を出力することを出力エラーとする。本体部３０のシャッター３２によって発生するシャッターショック振動には、離調周波数Δｆの周波数成分が含まれる。

図４は、シャッターショック振動および出力エラーを表すグラフである。図４（ａ）は、縦軸を角速度とし、横軸を周波数とした場合のシャッターショック振動を表すグラフである。図４（ａ）の二点鎖線は、角速度センサ１１の離調周波数Δｆを示し、シャッターショック振動には離調周波数Δｆの振動が含まれている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のシャッターショック振動が角速度センサ１１に入力された際に、角速度センサ１１の回路内部で信号が飽和したときの角速度信号を、１階積分した角度信号出力の時間に対するグラフである。図４（ｂ）に示されるように、出力エラー発生部において、角度信号出力が急峻に変化しており、出力エラーが発生している。出力エラーが発生した角度信号出力を用いて手振れ補正を行うと、正しく手振れ補正ができず、ぶれた画像が撮像される。

次に、温度に応じた周波数特性について説明する。図５（ａ）は、ピッチ軸とヨー軸とロール軸とのうち任意の軸における角速度検出装置１０の回転振動伝達特性のゲインの周波数特性を示すグラフである。ゲインの周波数特性はピッチ軸、ヨー軸およびロール軸の何れの回転振動においても同様であるため、以下、全ての軸における回転振動として説明とする。例えば、縦軸の伝達特性ゲイン（以下、ゲイン）がヨー軸のゲインである場合、ゲインは、上述したヨー軸方向の回転角速度ω_ｉｎに対するヨー軸方向の回転角速度ω_ｏｕｔの比から求めることができる。ピッチ軸およびロール軸についても、ヨー軸と同様にゲインを求めることができる。図５（ａ）に示すグラフの横軸は対数表示の周波数である。図５（ｂ）は、粘弾性体である緩衝部材１３の弾性を表す貯蔵弾性率の周波数特性である。縦軸は対数表示の貯蔵弾性率であり、横軸は対数表示の周波数である。

図５（ａ）において、高温Ｔ_Ｈにおける周波数特性は実線のグラフで示される。各実施形態の高温Ｔ_Ｈは角速度検出装置１０の使用温度域内での最高温度である。高温Ｔ_Ｈにおける角速度検出装置１０の機械的な共振周波数をｆ_ｒとする。共振周波数ｆ_ｒは、物体の剛性の平方根に比例する。さらに、物体の剛性は、物体の弾性率に比例し、比例係数は物体の形状によって定まる。各実施形態における角速度検出装置１０の剛性は、緩衝部材１３の剛性と後述する変更部材１４内のばね１４１の剛性とのうち剛性の低い方が支配的となり、その剛性によって共振周波数ｆ_ｒが定まる。本実施形態においては、角速度検出装置１０の使用温度域の範囲内では、常に緩衝部材１３の剛性は、変更部材１４を構成するばね１４１の剛性よりも低くなるように設定されている。このため、角速度検出装置１０の共振周波数ｆ_ｒは、緩衝部材１３の剛性、すなわち緩衝部材１３の貯蔵弾性率と形状とによって定まる。

角速度検出装置１０のゲインは、共振周波数ｆ_ｒより高い周波数で小さくなる。よって角速度検出装置１０に入力された回転角速度ω_ｉｎは、共振周波数（ｆ_ｒ、ｆ_ｒ‘）以上の高周波数の回転振動を減衰させて、センサ保持部材１２にω_ｏｕｔとして伝達される。なお、後述するように、共振周波数ｆ_ｒ‘は、低温Ｔ_Ｌにおける共振周波数である。つまり、緩衝部材１３の貯蔵弾性率と形状との設計により、共振周波数ｆ_ｒを離調周波数Δｆより低くすることで、離調周波数Δｆの回転振動を減衰させて、角速度センサ１１に伝達することができる。これにより、角速度センサ１１に入力される離調周波数での回転振動は低減され、信号が回路内部で飽和することを防ぎ、出力エラーを防ぐことができる。

ここで、緩衝部材１３は粘弾性体であるため、貯蔵弾性率は温度によって変化する。粘弾性体の貯蔵弾性率は温度特性を有しており、ガラス転移温度において貯蔵弾性率が大きく変化する特徴がある。つまり、緩衝部材１３は、温度が低くなるに応じて貯蔵弾性率が高くなる特性を持つ。さらに粘弾性体は、「温度―周波数換算則」により、温度特性を周波数特性に対応付けることができる。図５（ｂ）において実線で示す高温Ｔ_Ｈにおける貯蔵弾性率の周波数特性で表すように、周波数が高くなるに応じて貯蔵弾性率は高くなる。

図５（ｂ）において、破線は、低温Ｔ_Ｌにおける貯蔵弾性率の周波数特性を示す。低温Ｔ_Ｌは角速度検出装置１０の使用温度域の範囲内における最低温度である。図５（ｂ）の破線の低温Ｔ_Ｌの周波数特性が表すように、温度が低くなるに応じて貯蔵弾性率の周波数特性は高温Ｔ_Ｈに対して低周波側にシフトする。つまり、角速度検出装置１０の温度が低くなるに応じて任意の周波数における貯蔵弾性率は、高温Ｔ_Ｈのときより高くなる。よって、高温Ｔ_Ｈにおける共振周波数ｆ_ｒに対して、低温Ｔ_Ｌにおける共振周波数は高くなる。

図５（ａ）に示す破線のグラフは低温Ｔ_Ｌにおける角速度検出装置１０のゲインの周波数特性を示す。各実施形態では、低温Ｔ_Ｌにおける共振周波数ｆ_ｒ‘は、高温Ｔ_Ｈにおける共振周波数ｆ_ｒより高く、離調周波数Δｆよりも高い。この場合、低温Ｔ_Ｌにおける角速度検出装置１０の離調周波数Δｆにおけるゲインは、高温Ｔ_Ｈにおける離調周波数Δｆにおけるゲインよりも高くなる。よって、高温Ｔ_Ｈよりも低い温度においては、離調周波数Δｆの入力振動を低減することができず、出力エラーを防ぐことができない。上述したように、角速度検出装置１０の共振周波数は、緩衝部材１３の剛性が支配的である。緩衝部材１３の剛性は、温度だけではなく緩衝部材１３を圧し潰す量（以下、チャージ量）でも変化する。

緩衝部材１３は、図１に示されるＹ軸方向に圧し潰された状態で、センサ保持部材１２と変更部材１４との間に挟みこまれている。角速度検出装置１０は、図１に示されるように、センサ保持部材１２と２つの緩衝部材１３と２つの変更部材１４とを挟み込んだ状態で、２つの支持部材１５により固定される。これにより、緩衝部材１３のチャージ量が大きくなる。図５（ｂ）の一点鎖線は、破線で示した低温Ｔ_Ｌにおける緩衝部材１３のチャージ量を減らした場合の周波数特性を示す。図５（ｂ）に示されるように、破線の周波数特性に対し、一点鎖線の周波数特性は、貯蔵弾性率が低くなっている。つまり、チャージ量が減るに応じて任意の周波数における貯蔵弾性率はチャージ量を減らす前の状態より低くなる。よって、チャージ量を減らす前の共振周波数に対して、チャージ量を減らした際の共振周波数は低くなる。図５（ａ）に示される一点鎖線のグラフは、破線で示される低温Ｔ_Ｌでの緩衝部材１３のチャージ量を減らしたときの角速度検出装置１０のゲインの周波数特性である。このときの共振周波数ｆ_ｒ”は、離調周波数Δｆよりも低くなり、高温Ｔ_Ｈ時の共振周波数ｆ_ｒと一致する。各実施形態では、角速度検出装置１０の温度変化による緩衝部材１３のチャージ量を、変更部材１４が変化させる。

次に、変更部材１４について説明する。図６は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図のうち、第１の変更部材１４ａの近傍の断面を示す図である。第１の変更部材１４ａは、コイルばね１４１、コイルばね１４１を支承する対向した２つの支承部材１４２、１４３を有して構成されている。本実施形態では、一方の支承部材１４２が第１の支持部材１５ａに当接し、他方の支承部材１４３は第１の緩衝部材１３ａと当接している。コイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとの温度変化によって生じるＹ軸方向に働く反力により、上述した第１の距離を変更することができる。つまり、第１の緩衝部材１３ａの厚みを変更することができる。第２の変更部材１４ｂも第１の変更部材１４ａと同様の構成になっており、第２の距離を変更することができる。つまり、第２の緩衝部材１３ｂの厚みを変更することができる。ここでは、第１の変更部材１４ａについて説明し、第２の変更部材１４ｂに関する説明は省略する。

次に、コイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとによる第１の緩衝部材１３ａのチャージ量の調整方法について、図７および図８を参照して説明する。図７は、第１実施形態におけるコイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａの反力のつり合いを表したグラフである。横軸は変位量を示し、縦軸は反力を示す。変位量は、コイルばね１４１および第１の緩衝部材１３ａが圧縮変形したときの自然長からの縮み量である。反力は、コイルばね１４１および第１の緩衝部材１３ａが圧縮変形したときに生じる力である。図７の実線７１は、角速度検出装置１０が高温Ｔ_Ｈのときの第１の緩衝部材１３ａの変位量と反力との関係を示す。点線７２は、角速度検出装置１０が低温Ｔ_Ｌのときの第１の緩衝部材１３ａの変位量と反力との関係を示す。一点鎖線７３は、コイルばね１４１の変位量と反力との関係を示す。なお、図７の実線７１、点線７２および一点鎖線７３の各傾きは、対応する部材の剛性を表す。

図８は、コイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとをばねで模擬した図である。ばね８１は、コイルばね１４１を模擬したばねを表す。ばね８２は、第１の緩衝部材１３ａを模擬したばねを表す。また、面８３は第１の支持部材１５ａと第１の変更部材１４ａとの接触面を表し、面８４はセンサ保持部材１２と第１の緩衝部材１３ａとの接触面を表す。図８（ａ）は、ばね８１の自然長およびばね８２の自然長を表した図であり、図８（ｂ）は、ばね８１およびばね８２の反力がつり合った状態を表した図である。

図７について、図８を用いて詳細に説明する。図７の長さＬ’は、コイルばね１４１の変位量と第１の緩衝部材１３ａの変位量との合計の長さを表している。変位量の合計は、コイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとが相互に圧縮し合える範囲内での両者の変位量の合計である。変位量の合計値は一定であり、図８（ａ）において面８３から吊り下げられた自然長時のばね８１と面８４の上に置かれた自然長時のばね８２とが重なる範囲の長さである。変位量の合計である長さＬ’は、面８３と面８４の間の距離をＬとし、ばね８１の自然長をＬ_Ｓ０とし、ばね８２の自然長をＬ_Ｒ０とした場合、以下の式（１）で表される。

ばね８１とばね８２とが、面８３と面８４との間に納まるためには、ばね８１とばね８２との両者が常に圧縮された状態である必要がある。ばね８１とばね８２との反力が釣り合うときのばね８２の変位量をΔＬ_Ｒとした場合、ばね８１の変位量ΔＬ_Ｓは、以下の式（２）で表される。

よって、ばね８１の剛性（ばね定数）をｋ_Ｓ、ばね８２の剛性（ばね定数）ｋ_Ｒとした場合、ばね同士の反力Ｆは、式（３）で表すことができる。

上述した式（３）は、図７のグラフで表される。図７のグラフにおいては、式（３）のばね８１の剛性ｋ_Ｓはコイルばね１４１の剛性を表し、ばね８２の剛性ｋ_Ｒは第１の緩衝部材１３ａの剛性を表す。図７において高温Ｔ_Ｈの場合、第１の緩衝部材１３ａを表す実線７１とコイルばねを表す一点鎖線７３とが交わる点Ａが反力のつり合い点となる。そして、このときの第１の緩衝部材１３ａのチャージ量ΔＣ_Ａは、第１の緩衝部材１３ａの変位量であるため、ばね８２の変位量ΔＬ_Ｒとなる。同様に低温Ｔ_Ｌの場合、第１の緩衝部材１３ａを表す点線７２とコイルばねを表す一点鎖線７３とが交わる点Ｂが反力のつり合い点となる。上述したように、第１の緩衝部材１３ａは粘弾性体であるため、第１の緩衝部材１３ａは、高温Ｔ_Ｈの環境下よりも低温Ｔ_Ｌの環境下の方が、剛性が高くなる。このため、第１の緩衝部材１３ａを表す点線７２の傾きは、コイルばねを表す一点鎖線７３の傾きよりも大きくなる。従って、一点鎖線７３と点線７２との交点Ｂは、必然的に一点鎖線７３と実線７１との交点Ａよりも、第１の緩衝部材１３ａの変位量ΔＬ_Ｒの分だけ小さい位置になる。よって、角速度検出装置１０の内部の温度が高温Ｔ_Ｈから低温Ｔ_Ｌに変化した場合に、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量を減らすことができる。

ここで、第１の緩衝部材１３ａの高温Ｔ_Ｈ時の剛性を剛性ｋ_ＲＨとし、低温Ｔ_Ｌ時の剛性を剛性ｋ_ＲＬとする。設定する第１の緩衝部材１３ａのチャージ量ΔＣ_ＡおよびΔＣ_Ｂが決まっていれば、コイルばね１４１の剛性ｋ_Ｓは、以下の式（６）から求めることができる。

上述した各説明は、第２の緩衝部材１３ｂにも適用される。従って、角速度検出装置１０の内部の温度によらず、角速度センサ１１に伝わる固有の周波数ｆｓの振動を低減することができる。

次に、シャッター３２によるシャッターショック振動の低減効果について説明する。図９は、シャッターショック振動の周波数特性を表すグラフである。図９（ａ）は、図４（ａ）と同じグラフであり、角速度検出装置１０に入力される任意の軸の回転振動である。図９（ｂ）は、角速度検出装置１０の内部の温度が低温Ｔ_Ｌ時において、２つの変更部材１４により第１の緩衝部材１３ａのチャージ量が減らされた場合のシャッターショック振動を表すグラフである。図９（ｃ）は、角速度検出装置１０の内部の温度が低温Ｔ_Ｌ時において、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量が変化しない場合のシャッターショック振動を表すグラフである。図９（ｂ）および図９（ｃ）において、実線は、角速度検出装置１０の内部の温度が高温Ｔ_Ｈ時におけるシャッターショック振動を示し、破線は、角速度検出装置１０の内部の温度が低温Ｔ_Ｌ時におけるシャッターショック振動を示す。

図９（ｂ）では、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量が減らされているため、第１の緩衝部材１３ａは、図５（ａ）の一点鎖線で表される周波数特性を有する。一方、図９（ｃ）では、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量は変化していないため、第１の緩衝部材１３ａは、図５（ａ）の破線で表される周波数特性を有する。

図９（ａ）に示されるように、シャッターショック振動は、角速度センサ１１の固有の周波数ｆｓである離調周波数Δｆにおいて、角速度が比較的大きくなっている。支持部材１５に対してシャッターショック振動が入力されると、本体角速度検出装置１０ａおよびレンズ角速度検出装置１０ｂの角速度センサ１１で検出される振動は、図５（ａ）に示すゲインで増大または減少される。図５（ａ）の実線で示される高温Ｔ_Ｈの離調周波数Δｆにおいて、ゲインはマイナスである。よって、図９（ｂ）および図９（ｃ）で示される高温Ｔ_Ｈ時に角速度検出装置１０で測定されるシャッターショック振動は、図９（ａ）で示されるシャッターショック振動よりも低減されている。これにより、角速度検出装置１０の内部の温度が高温Ｔ_Ｈである場合に、出力エラーの発生を防ぐことができる。

一方、角速度検出装置１０の内部の温度で低温Ｔ_Ｌである場合、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量が高温Ｔ_Ｈのときと変わらなければ、図５（ａ）の破線で示される離調周波数Δｆおいて、ゲインはプラスになる。よって、角速度検出装置１０が測定するシャッターショック振動は、図９（ｃ）で示される破線のようになる。このため、図９（ａ）で示されるシャッターショック振動が入力されたときに、振動が増幅してしまう。しかし、本実施形態では、低温Ｔ_Ｌのときの第１の緩衝部材１３ａのチャージ量は、高温Ｔ_Ｈのときのチャージ量よりも減らすことができる。この場合、離調周波数Δｆのゲインは、図５（ａ）の一点鎖線で示すようにマイナスになる。よって、角速度検出装置１０が測定するシャッターショック振動は、図９（ｂ）の破線のようになり、図９（ａ）で示されるシャッターショック振動が入力されたとしても、振動を低減することができる。これにより、図９（ｂ）の場合、高温Ｔ_Ｈだけでなく、低温Ｔ_Ｌでの出力エラーの発生も防ぐことができる。よって、撮像装置２０を構成する本体部３０の本体角速度検出装置１０ａおよびレンズユニット４０のレンズ角速度検出装置１０ｂは、どのような温度下においても角速度センサ１１に伝わる固有の周波数ｆｓの振動を低減することができる。

上述したように、本実施形態では、第１の変更部材１４ａと第２の変更部材１４ｂとの２つが設けられているが、何れか一方の変更部材１４のみが用いられてもよい。この場合でも、本実施形態の効果を得ることができる。ただし、第１の変更部材１４ａと第２の変更部材１４ｂとの２つが設けられることが好ましい。また、本実施形態では、変更部材１４としてコイルばね１４１を適用したが、変更部材１４としては、コイルばね１４１と同等の機能を持つばねであれば、任意のばねを適用可能である。これらの点は、以下の第２実施形態および第３実施形態も同様である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、変更部材１４に形状記憶合金のコイルばね１４１が適用される。他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。形状記憶合金は、形状記憶合金が持つ変態点を境に内部組織が変わるため、それに応じて剛性も変わる。変態点より温度が高い場合、内部組織はオーステナイト相で構成され、変態点より温度が低い場合、内部組織はマルテンサイト相で構成される。従って、変態点より温度が高い時の剛性は、温度が低い時の剛性よりも２〜３倍程度高くなる。

次に、形状記憶合金により構成されるコイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとによる第１の緩衝部材１３ａのチャージ量の調整方法について説明する。図１０は、第２実施形態におけるコイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａの反力のつり合いを表したグラフである。横軸は変位量を示し、縦軸は反力を示す。第１実施形態と同様、変位量は、コイルばね１４１および第１の緩衝部材１３ａが圧縮変形したときの自然長からの縮み量である。また、反力は、コイルばね１４１および第１の緩衝部材１３ａが圧縮変形したときに生じる反力である。図１０の実線７１は高温Ｔ_Ｈ時の第１の緩衝部材１３ａの特性を示し、点線７２は低温Ｔ_Ｌ時の第１の緩衝部材１３ａの特性を示している。また、一点鎖線１０１は、高温Ｔ_Ｈ時のコイルばね１４１の特性を示し、破線１０２は低温Ｔ_Ｌ時のコイルばね１４１の特性を示す。第１実施形態と同様、各線の傾きは、対応する部材の剛性を表す。

第２実施形態では、コイルばね１４１は形状記憶合金により構成されている。従って、図７では、コイルばね１４１の剛性を表す線は１つであったが、図１０では、コイルばね１４１の剛性を表す線は、高温Ｔ_Ｈ時の線（一点鎖線１０１）と低温Ｔ_Ｌ時の線（破線１０２）との２つの線になっている。コイルばね１４１の剛性は高温Ｔ_Ｈ時に高くなり、低温Ｔ_Ｌ時に低くなるため、緩衝部材１３の温度による剛性変化とは逆になる。つまり、コイルばね１４１の温度による剛性変化の特性と、緩衝部材１３（第１の緩衝部材１３ａおよび第２の緩衝部材１３ｂ）の温度により剛性変化の特性とは逆の関係にある。そのため、通常使用される一般的なばねよりも高温Ｔ_Ｈ時の緩衝部材１３の変位量を大きくしやすくなり、低温Ｔ_Ｌ時の緩衝部材１３の変位量を小さくしやすくなる。よって、高温Ｔ_Ｈ時のコイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとによるチャージ量と、低温ＴＬ時のコイルばね１４１と第１の緩衝部材１３ａとによるチャージ量との差を広げることが容易になる。これにより、第２実施形態では、高温Ｔ_Ｈ時と低温Ｔ_Ｌ時とのチャージ量の設定範囲を広げることができる。つまり、第２実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、チャージ量を調整しやすくなる、という効果が得られる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、センサ保持部材１２の温度に応じて変更部材１４を電気的に動かす点で、第１実施形態および第２実施形態と異なる。図１１は、第３実施形態の角速度検出装置１１０の分解斜視図である。第３実施形態の角速度検出装置１１０は、温度検出部１１１を有する。他の構成は、図１と同様であるため、説明を省略する。温度検出部１１１は、センサ保持部材１２の温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を変更部材１４に出力する。例えば、温度検出部１１１は所定のフレキシブルプリント基板に実装されている。温度検出部１１１は、フレキシブル基板以外の任意の部材に実装されてもよい。

本実施形態において、変更部材１４（第１の変更部材１４ａおよび第２の変更部材１４ｂ）は積層圧電アクチュエータである。第１の変更部材１４ａの一方側の面は第１の支持部材１５ａに当接し、他方側の面（反対面）は第１の緩衝部材１３ａと当接する。第１の変更部材１４ａは、温度検出部１１１が検出した温度に応じて出力される電圧によりＹ軸方向に変位し、第１の距離を変更することができる。なお、角速度検出装置１１０の使用温度域の範囲内において第１の変更部材１４ａは、Ｙ軸方向に常に圧し潰された状態になるように第１の緩衝部材１３ａと第１の支持部材１５ａの間に挟み込まれている。

本実施形態における撮像装置２０の構成は、第１実施形態と同様である。次に、第１の変更部材１４ａによる第１の緩衝部材１３ａのチャージ量の調整方法について、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を用いて説明する。第２の変更部材１４ｂは、第１の変更部材１４ａと同様に、第２の距離を変更する。以下、第１の変更部材１４ａについて説明し、第２の変更部材１４ｂに関する説明は省略する。図１２（ａ）は温度検出部１１１が検出した温度に応じて第１の変更部材１４ａに入力される電圧を示した図である。縦軸は電圧を示し、横軸は温度を示す。図１２（ｂ）は、第１の変更部材１４ａの電圧と緩衝部材１３の変位量との関係を示した図である。縦軸は電圧を示し、横軸は変位量を示している。

図１２（ａ）に示されるように、温度検出部１１１が検出する温度と出力する電圧とは比例する関係にある。よって、角速度検出装置１１０の使用温度域の範囲内の上限温度である高温Ｔ_Ｈと電圧Ｖ_Ｈとは線形の関係にある。また、検出温度の下限温度である低温Ｔ_Ｌと電圧Ｖ_Ｌとは線形の関係にある。図１２（ｂ）は、第１の変更部材１４ａである積層圧電アクチュエータに入力される電圧と、電圧によって生じる変位量との関係を示す。図１２（ｂ）に示されるように、電圧と変位量との間も比例の関係にある。

第１の緩衝部材１３ａは、上述したように、温度が低くなるに応じて貯蔵弾性率の周波数特性が低周波側にシフトしていく。これにより、高温Ｔ_Ｈ時の共振周波数ｆ_ｒに対して低温Ｔ_Ｌの共振周波数ｆ_ｒ‘が大きくなり、低温Ｔ_Ｌにおける離調周波数Δｆでのゲインが高温Ｔ_Ｈにおける離調周波数Δｆでのゲインより大きくなる。しかし、貯蔵弾性率の周波数特性については、第１の緩衝部材１３ａのチャージ量を減らすことで、その共振周波数を下げることができる。従って、第１の緩衝部材１３ａの温度変化に応じてチャージ量を変化させることができれば、角速度検出装置１１０の使用温度域の範囲内で緩衝部材１３の共振周波数を一定に保つことができる。

よって、図１２（ａ）および図１２（ｂ）で示されるように、温度検出部１１１は、高温Ｔ_Ｈにおいては第１実施形態で説明したチャージ量ΔＣ_Ａとなる電圧ＶＨを入力する。また、温度検出部１１１は、低温Ｔ_Ｌにおいては第１実施形態で説明したチャージ量ΔＣ_Ｂとなる電圧Ｖ_Ｌを入力する。これにより、角速度検出装置１１０の使用温度域の範囲内の任意の温度に応じて緩衝部材１３のチャージ量を変化させることができる。その結果、どのような温度状況下でも角速度検出装置１１０の共振周波数を略一致させることができる。従って、第３実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、緩衝部材を有する角速度検出装置を内蔵した各種機器（例えば、スマートフォンやタブレット端末等）にも、本発明の各実施形態を適用可能である。

１０ 角速度検出装置
１０ａ 本体角速度検出装置
１０ｂ レンズ角速度検出装置
１１ 角速度センサ
１２ センサ保持部材
１３ 緩衝部材
１４ 変更部材
１５ 支持部材
３１ 撮像素子
３２ シャッター
１１１ 温度検出部
１４１ コイルばね

Claims (11)

1. 角速度センサを保持する保持部材と、
   前記保持部材に当接する第１の緩衝部材と、
   前記第１の緩衝部材の反対側から前記保持部材に当接する第２の緩衝部材と、
   前記第１の緩衝部材に当接し、温度に応じて前記第１の緩衝部材の厚みを変更することが可能な第１の変更部材と、
   を備えることを特徴とする角速度検出装置。
2. 前記第１の緩衝部材のうち第１の面は前記保持部材と当接し、前記第１の緩衝部材のうち前記第１の面の反対面である第２の面は前記第１の変更部材と当接し、
   前記第１の変更部材は、前記温度に応じて前記第１の面と前記第２の面との間の距離を変更することを特徴とする請求項１に記載の角速度検出装置。
3. 前記保持部材と前記第１の緩衝部材と前記第１の変更部材と前記第２の緩衝部材とを挟み込んで支持する支持部材、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度検出装置。
4. 前記第２の緩衝部材に当接し、前記温度に応じて前記第２の緩衝部材の厚みを変更することが可能であり、前記支持部材に挟み込まれる第２の変更部材、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の角速度検出装置。
5. 前記第２の緩衝部材のうち第３の面は前記保持部材と当接し、前記第２の緩衝部材のうち前記第３の面の反対面である第４の面は前記第２の変更部材と当接し、
   前記第２の変更部材は、前記温度に応じて前記第３の面と前記第４の面との間の距離を変更することを特徴とする請求項４に記載の角速度検出装置。
6. 前記第１の緩衝部材および前記第２の緩衝部材の剛性は、前記第１の変更部材および前記第２の変更部材の剛性よりも低いことを特徴とする請求項４または５に記載の角速度検出装置。
7. 前記前記第１の変更部材および前記第２の変更部材の温度による剛性変化の特性と、前記第１の緩衝部材および前記第２の緩衝部材の温度による剛性変化の特性とは逆の関係にあることを特徴とする請求項４乃至６のうち何れか１項に記載の角速度検出装置。
8. 前記第１の変更部材および前記第２の変更部材は、ばねにより構成されることを特徴とする請求項４乃至７のうち何れか１項に記載の角速度検出装置。
9. 前記ばねは、形状記憶合金であることを特徴とする請求項８に記載の角速度検出装置。
10. 前記保持部材の温度を検出する温度検出部、をさらに備え、
    前記第１の変更部材および前記第２の変更部材は、前記温度検出部が検出した温度に応じて変位する積層圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項４または５に記載の角速度検出装置。
11. 請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の角速度検出装置と、
    撮像素子と、
    前記撮像素子に入射する光を遮光状態と透光状態とを切り替えるシャッターと、
    を備えることを特徴とする撮像装置。

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