JP2584006Y2 - 角加速度センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本考案は、例えばスチルカメラ撮影時に手
ブレによる撮影レンズ光軸の揺れを検出する際に用いる
角加速度センサに関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】本出願人は、カメラに加
わる手ブレを検出するための角加速度センサ、およびこ
の角加速度センサの出力に応じて手ブレを打ち消す方向
に補正レンズを駆動して像ブレのない写真を得るカメラ
を提案している（実開平3-96617 号、特開平3-48229
号）。これらの角加速度センサおよび像ブレ防止カメラ
によれば、カメラに手ブレがあっても、像ブレを減少さ
せた写真を得ることができる。ところで、その後の実験
によって、より完全に像ブレをなくすためには、像ブレ
をなくすカメラ自体の構造もさることながら、カメラに
加わる手ブレを極めて高感度高精度に検出することが不
可欠であり、上記出願で提案した角加速度センサは、改
良の余地があることが判明した。

【０００３】すなわち、本出願人が提案した角加速度セ
ンサは、基本的には、長さ方向の中央付近に回動中心軸
を持ち、両端にそれぞれ永久磁石を有するセンサアーム
と、一方の永久磁石に対向して設置された磁気センサ
と、他方の永久磁石に対向し磁束が巻線と鎖交するよう
に設置されたコイルとを備えたものである。この角加速
度センサは、原理的には、センサアームの揺動に伴う磁
気センサの出力変化により、角加速度を検出することが
できるが、センサアームの回動中心軸の僅かな遊び（ガ
タ）が、出力を不正確、不安定にするという問題がある
ことが判明した。

【０００４】より具体的に説明すると、センサアームの
回動中心軸の軸受部には、いわゆるピボット軸受を用い
て軸受間距離を正確に組み立てまたは調整すれば、原理
的には軸受部の摩擦を増加させずにラジアル、スラスト
両方向のガタを抑えることができる筈である。しかしな
がらガタを極小に抑えるためには、軸受間距離を軸を締
め付けないように厳密に調整しなければならず、多大な
手間と技術が必要である。このため、実際上回転軸とし
て機能させるためには僅かなガタを残さざるを得ない。
しかし、このガタが僅かでも存在すると、これに起因し
て不都合な出力が生じ、小さい手ブレを検出することは
できない。

【０００５】

【考案の目的】従って本考案は、センサアームの回動中
心軸回りの遊び（ガタ）が実質的に存在せず、高感度高
精度で角加速度を検出することができる角加速度センサ
を得ることを目的とする。

【０００６】

【考案の概要】本考案は、磁力を用いてセンサアームの
回動中心をピボット軸受に安定的に保持することによ
り、センサアームの回動中心軸回りの遊びを除去すると
いう発想に基づいて完成されたものである。

【０００７】すなわち本考案は、長さ方向の中央付近に
回動中心軸を持ち両端にそれぞれ永久磁石を有するセン
サアームと、このセンサアームの上記回動中心軸を支持
するピボット軸受部を有する固定部と、一方の永久磁石
に対向させて固定部に設置された磁気センサと、他方の
永久磁石に対向させ巻線が磁束と鎖交するようにして固
定部に設置されたコイルとを備えた角加速度センサにお
いて、センサアームとその回動中心軸の少なくとも一方
を磁性材料から構成し、この磁性材料からなるセンサア
ームまたは回動中心軸を、該回動中心軸の軸線方向の一
方に吸引付勢してピボット軸受に密着させる永久磁石を
設けたことを特徴としている。

【０００８】そして、永久磁石は、回動中心軸の軸線に
対して偏心した位置に設ける。永久磁石を偏心位置に設
けることで、ピボット軸受の避けられない僅かな遊びの
中で、センサアームを常時一定の方向に傾け、安定した
出力を得ることができる。

【０００９】

【考案の実施例】以下図示実施例に基づいて本考案を説
明する。本考案は、角加速度を検出するための角加速度
センサを対象とするものであるが、まず図７、図８につ
いて、バイモルフ圧電板を駆動源としたカメラの像ブレ
補正装置の一例を説明する。

【００１０】カメラの主撮影レンズ２１の前または後に
は、補正レンズ２２が位置している。この補正レンズ２
２は主撮影レンズ２１とともに撮影光学系を構成する。
補正レンズ２２は補正レンズ枠２３に固定されている。

【００１１】この補正レンズ２２の側部には、一端を固
定物２４に固定して水平方向に伸びるバイモルフ圧電板
２５が位置し、このバイモルフ圧電板２５の他端部（自
由端部）が補正レンズ枠２３に固定されている。バイモ
ルフ圧電板２５は周知のように、印加する駆動電圧の極
性に応じて上下に湾曲し、その湾曲量（自由端の変位
量）は、駆動電圧の大小によって制御できる。主撮影レ
ンズ２１と補正レンズ２２の光軸は、バイモルフ圧電板
２５に電圧を印加しないとき、一致する。従って、バイ
モルフ圧電板２５に駆動電圧を印加することにより、補
正レンズ枠２３を介して補正レンズ２２を上下に変位さ
せることができる。

【００１２】いまカメラブレによって主撮影レンズ２１
が上下方向に変位し光軸ブレ（角度ブレ）が発生したと
すると、それに伴いフィルム上においても同方向の画像
ブレが発生するが、この画像ブレを補正するに足る極性
と大きさの駆動電圧をバイモルフ圧電板２５に与えるこ
とにより、光軸ブレをキャンセルし、フィルム面上の画
像を不動にし、あるいは少なくとも、カメラブレによる
画像ブレを小さくすることができる。バイモルフ圧電板
２５に加えるべき駆動電圧は、カメラブレの大きさと加
速度を検出して決定する。

【００１３】２６は、補正レンズ枠２３の過剰変位を防
止するストッパ部材で、補正レンズ枠２３のストッパ突
起２７に対応する、上下の一対のストッパ腕２８、２９
を有する。カメラに外的ショックが加わったとき等に、
バイモルフ圧電板２５に過度な変形が生じるのを防止す
るものである。

【００１４】低廉なカメラ等では、主撮影レンズ２１と
補正レンズ２２を分離せず、例えば単玉非球面成形レン
ズによって主撮影レンズ２１と補正レンズ２２を兼用さ
せることが可能である。

【００１５】上記の例は、カメラブレが通常上下方向に
生じることから、補正レンズ２２の変位方向を上下方向
としたものであるが、特殊な用途には、別の方向に補正
レンズ２２を変位させることもできる。さらに補正レン
ズ枠２３に対して直交する関係で一対のバイモルフ圧電
板２５を設け、補正レンズ２２を直交二方向に移動可能
とすることもできる。

【００１６】本発明の角加速度センサは、例えば以上の
像ブレ補正装置のバイモルフ圧電板２５に駆動信号を与
えるために用いられる。図１ないし図４はその実施例を
示している。

【００１７】筒状のセンサ外装（固定部）２内には、セ
ンサアーム３が位置し、このセンサアーム３はその長手
方向の中心位置に回動中心軸４を有している。この回動
中心軸の両端部は、円錐状のニードル部４ａを構成し、
センサ外装２には、このニードル部４ａを支持するピボ
ット軸受９が固定されている。このピボット軸受９は、
ニードル部４ａを点で支持する円錐状凹部９ａを備えて
いる。

【００１８】このセンサアーム３は、鉄系の強磁性材料
からなっていて、センサ外装２は非磁性材料からなって
いる。回動中心軸４も強磁性材料から構成することがで
きる。そして、このセンサ外装２には、一対のピボット
軸受９の一方の側部、つまり回動中心軸４の軸線から偏
心した位置に、永久磁石１０が固定されている。この永
久磁石１０は、図３に誇張して示すように、センサアー
ム３を吸引付勢して、一方のニードル部４ａを対応する
ピボット軸受９の円錐状凹部９ａ底部に確実に保持し、
かつセンサアーム３に一定方向の倒れ特性（モーメン
ト）を与えて、回動中心軸の他方のニードル部４ａを、
対応するピボット軸受９の円錐状凹部９ａの一定の位置
に片寄せて保持する。

【００１９】センサアーム３の両端には、それぞれ永久
磁石５、６が固定されている。他方、外装２には、この
永久磁石５に対向させて磁気センサとしてのホール素子
７が固定され、永久磁石６に対向させてコイル８が固定
されている。永久磁石５は、ホール素子７に沿う方向に
着磁されており、永久磁石６はセンサアーム３の長手方
向に着磁されている。この永久磁石６とコイル８は、永
久磁石６の磁束がコイル８の巻線に鎖交する関係で設置
されている。すなわちコイル８へ電流を流すと、センサ
アーム３に回転力が発生する関係である。外装２は、永
久磁石５と６の磁界が、ホール素子７およびコイル８の
作用範囲から外れないように、回動角を規制する機能を
持っている。

【００２０】ホール素子７は、その正面中央に永久磁石
５が位置しているとき、つまりセンサアーム３が図の平
衡位置にあるときには出力を生じないが、センサアーム
３が回動して永久磁石５の位置がずれると、そのずれ量
と方向に応じた出力が得られる。このホール素子７に代
えて、ＭＲ（Magnetic Resistance ）素子（磁気抵抗素
子）を用いても、同様の出力を得ることができる。ＭＲ
素子は、磁界中の半導体に流れる電流は磁界の増加によ
って半導体内を通過する道のりが長くなるために電気抵
抗も増加する（磁気抵抗効果）という性質を用いた磁気
センサである。

【００２１】図６は、この角加速度センサ１のホール素
子７およびコイル８を含む駆動回路である。ホール素子
７の出力端子７ａ、７ｂには、永久磁石５の移動方向と
量に応じた出力が生じ、この両出力が差動アンプ２０に
入力される。この差動アンプ２０の出力は、コイル８に
入力され、コイル８に連なる抵抗１１の両端の電圧が積
分回路１２、１３および増幅器１４を介してバイモルフ
圧電板２５に与えられる。

【００２２】角加速度センサ１は、図５に示すように、
カメラ１５内に設置される。すなわちカメラ１５を水平
にして撮影するとき、センサアーム３が垂直になる位置
関係で、かつ回動軸４が光軸と垂直になる位置関係で設
けられる。いま写真撮影時に何らかの原因で、点Ｐを中
心とする回転運動のカメラブレが生じ、光軸Ｏが時間の
関数θ(t) だけブレてＯ’の位置になったとする。説明
のためθ(t) は極端に大きく描いてある。もし角加速度
センサ１のコイル８に電流を流さなければ、センサアー
ム３は慣性のために破線で示すように地面に対して垂直
を保つ方向に回動しようとする。しかし本装置は、図６
の回路によりセンサアーム３が常に光軸に対して垂直を
保つように動作し、ブレ角度θ(t) の角加速度d²θ/dt²
に比例した出力を得ることができる。

【００２３】すなわち、図５のように光軸ブレθ(t) が
生じると、慣性のため、永久磁石５はホール素子７の素
子面中央からずれ、素子７の出力端子７ａ、７ｂには、
電位差が発生する。この電位差は差動アンプ１０に入力
されて増幅され、増幅された電圧は、コイル８と抵抗１
１の直列回路に入力される。そしてこのときコイル８に
流れる電流により、永久磁石６を介してセンサアーム３
に回転力が加わり、永久磁石５がホール素子７の素子面
中央に戻るように作用する。つまり、コイル８に直列に
接続された抵抗１１の両端には、光軸ブレθ(t) に伴っ
て発生するセンサアーム３の慣性力に打ち勝って、永久
磁石５をホール素子７の素子面中央に保つに必要な電流
値に比例した電圧が発生する。この電圧は光軸ブレθ
(t) の角加速度d²θ/dt²に比例する。従ってこの電圧を
積分回路１２、１３に通すと、積分回路１３の出力に
は、光軸ブレ量θ(t) に比例した出力が得られる。この
出力を増幅器１４で増幅した後、図７、図８で説明した
バイモルフ圧電板２５に入力すれば、光軸ブレの量に対
応した量だけ補正レンズ２２（２２ａ）を移動させて、
画像ブレの発生を防止し、あるいは少なくとも画像ブレ
を小さくすることができる。

【００２４】そして、本発明の角加速度センサ１は、以
上の制御を行なう上で、カメラに加わる小さい角加速度
も高精度で検出することができる。すなわち、角加速度
センサ１のセンサアーム３は、永久磁石１０によって一
方のピボット軸受９に引き寄せられており、かつ一定の
方向への倒れ特性が与えられているために、センサアー
ム３の一端部の永久磁石５とホール素子７の位置関係、
および同他端部の永久磁石６とコイル８の位置関係は、
それぞれカメラ動作中の振動（例えば撮影レンズ駆動用
のモータの動作による振動）程度では変化しない。この
ため、ホール素子７の出力が安定する。

【００２５】これは、カメラに加わる振動等により、永
久磁石５とホール素子７の位置関係、および永久磁石６
とコイル８の位置関係が僅かに変化する場合と比較する
と明らかである。図１１は、永久磁石による吸引作用の
ない従来のセンサアーム３’の支持態様、およびこの際
に生じる回動中心軸４’の位置変化を誇張して示したも
のである。このように回動中心軸４’の位置が一対のピ
ボット軸受９の中で変化すると、当然の永久磁石５とホ
ール素子７の位置関係、および永久磁石６とコイル８の
位置関係が変化し、その結果、ホール素子７の直流出力
が変動してしまう。この変動が高精度の角加速度検出を
妨げる。つまり、角加速度センサ１の出力には、回動軸
部のアンバランスに起因する僅かな直流出力成分が存在
するが、この直流出力成分は一定であれば（変動しなけ
れば）問題にならない。なぜなら、手ブレの検出は極端
な低振動数まで対象にする必要はないので、角加速度か
ら角速度に変換するときに直流分をカットして積分でき
るからである。このときのカットオフ周波数は、手ブレ
補正装置を制御する場合の対象最低シャッタ速度等によ
って設定されるものであり、通常１〜数Ｈｚに設定され
る。

【００２６】図９と図１０はそれぞれ、本発明による角
加速度センサ１（図３）と従来センサ（図１１）による
ホール素子７の出力（上段）およびその積分出力（下
段）を示している。従来センサでは、図１０に示すよう
に、t=t₀で回動中心軸４’の移動が発生すると、直流出
力がB₀からB₁に変化し、その結果、この出力から直流成
分をカットし積分した波形においてもt=t₀で大きな出力
変動が生じる。直線Ｌの傾きは直流成分カット回路の時
定数で決まる。これに対して本発明では、回動中心軸４
の移動自体が生じないために、図９に示すように、直流
出力B₀が存在したとしても、これは常に一定に保たれ、
従って、この出力から直流成分をカットし積分した波形
においては、出力変動が生じない。従って、従来発生し
ていた軸受部の遊びによる角速度の誤検出が生じないの
で、比較的小さい角速度変化も正確に検出できる。

【００２７】図４は、センサアームの回動中心軸の軸受
構造の凹凸関係を逆にした実施例である。すなわち、回
動中心軸４Ａの両端部に円錐状凹部４ｂを形成し、ピボ
ット軸受９Ａに、この円錐状凹部４ｂに係合するニード
ル部９ｂを設けている。この実施例によっても、第一の
実施例と同様の作用を得ることができる。

【００２８】なお前述のように、撮影時に発生する光軸
ブレは、シャッタボタンの押し下げ動作によって発生す
る上下方向のものが多いため、上記実施例では、上下方
向の光軸ブレ（角度ブレ）を対象に本考案を説明した。
しかしさらに左右方向の光軸ブレ（角度ブレ）も検出す
る場合には、カメラの例えば底部付近に、回動中心軸４
が光軸Ｏおよび地面に対して垂直になるようにして別の
角加速度センサ１を設置し、補正レンズ２２を直交関係
の一対のバイモルフ圧電板２５によって駆動するように
すればよい。

【００２９】本考案の角加速度センサ１は、カメラの像
ブレ補正装置以外の用途にも使用できる。この場合に
は、増幅器１４の出力を角加速度（の関数）として出力
すればよい。例えば、小型船舶（模型を含む）の揺れ防
止用の角加速度センサとして使用し得る。

【００３０】

【考案の効果】以上のように本考案は、長さ方向の中央
付近に回動中心軸を持ち両端にそれぞれ永久磁石を有す
るセンサアームと、このセンサアームの上記回動中心軸
を支持するピボット軸受部を有する固定部と、一方の永
久磁石に対向させて固定部に設置された磁気センサと、
他方の永久磁石に対向させ巻線が磁束と鎖交するように
して固定部に設置されたコイルとを備えた角加速度セン
サにおいて、磁性材料と、回動中心軸の偏心部に設けた
永久磁石との磁気吸引作用により、センサアームの回動
中心軸の位置が変化しないようにしたので、安定した出
力を得ることができ、角加速度を高感度高精度に検出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による角加速度センサの実施例を示す縦
断面図である。

【図２】同横断面図である。

【図３】同センサアームの回動中心軸の軸受部の拡大図
である。

【図４】本考案の他の実施例を示す図３に対応する拡大
図である。

【図５】図１ないし図３の角加速度センサを搭載したカ
メラの側面図である。

【図６】本考案の角加速度センサをカメラの像ブレ補正
装置に適用した場合の駆動回路の一例を示す回路ブロッ
ク図である。

【図７】カメラの像ブレ補正装置の簡単な例を示す正面
図である。

【図８】図６の平面図である。

【図９】本考案による加速度センサの出力例を示すグラ
フである。

【図１０】従来の加速度センサの出力例を示すグラフで
ある。

【図１１】従来の角加速度センサのセンサアームの軸受
構造を示す、図３に対応する拡大図である。

【符号の説明】

１ 角加速度センサ ２ センサ外装（固定部） ３ センサアーム ４ ４Ａ 回動中心軸 ４ａ ニードル部 ４ｂ 円錐状凹部 ５ ６ 永久磁石 ７ ホール素子（磁気センサ） ８ コイル ９ ９Ａ ピボット軸受 ９ａ 円錐状凹部 ９ｂ ニードル部 １０ 永久磁石

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向の中央付近に回動中心軸を持ち
   両端にそれぞれ永久磁石を有するセンサアーム；このセ
   ンサアームの上記回動中心軸を支持するピボット軸受部
   を有する固定部；一方の永久磁石に対向させて上記固定
   部に設置された磁気センサ；および他方の永久磁石に対
   向させ巻線が磁束と鎖交するようにして上記固定部に設
   置されたコイル；を備えた角加速度センサにおいて、 上記センサアームとその回動中心軸の少なくとも一方を
   磁性材料から構成し、上記固定部に、上記回転中心軸の軸線に対して偏心した
   位置にあって、 この磁性材料からなるセンサアームまた
   は回動中心軸を、該回動中心軸の軸線方向の一方に吸引
   付勢してピボット軸受に密着させる永久磁石を設けたこ
   とを特徴とする角加速度センサ。