JP7254637B2 - 角速度検出装置並びにこれを備える撮像装置及びレンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本発明は、角速度検出装置並びにこれを備える撮像装置及びレンズ鏡筒に関し、特に、緩衝部材が設けられた角速度検出装置並びにこれを備える撮像装置及びレンズ鏡筒に関する。

角速度検出装置は様々な機器に搭載され、姿勢や振動等の検出に使用されている。撮像装置やレンズ鏡筒においては、撮影者の手ぶれの方向や量を検出する用途で搭載されている。

角速度検出装置は、振動子等からなる角速度センサを搭載しており、角速度センサがもつ固有の周波数、例えば離調周波数が角速度センサに入力されると、角速度検出装置において出力エラーを発生する。ここで離調周波数とは、角速度センサの駆動周波数と検出周波数の差を示す、固有の周波数の一つである。以下、かかる出力エラーの発生原理を、角速度センサに離調周波数の信号が入力された場合を例として説明する。

離調周波数の信号が角速度センサに入力されると、その信号は角速度センサにおいて増幅される。この結果、その信号が角速度センサの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など、実際の信号と異なる信号を出力する。すなわち、角速度センサに振動が伝わったとき、その振動に離調周波数の成分が多く含まれる場合、角速度検出装置が正しい角速度を出力できなくなる。すなわち角速度検出装置において出力エラーが発生する。

かかる出力エラーの発生を防止する方法として、角速度センサに伝わる固有の周波数の振動を抑制するために緩衝部材を用いる方法がある。例えば、角速度センサの機械的な共振周波数が離調周波数を下回るように、角速度検出装置に設ける緩衝部材としての弾性体を設計する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。これにより離調周波数の振動が角速度センサに入力されることを抑制できる。

特開特開２００５－１２１５１７号公報

しかしながら、温度が低くなるほど、弾性体の剛性は一般に高くなる。すなわち、特許文献１において、角速度検出装置の動作温度が低くなるほど、角速度センサに入力される振動の周波数は高周波数にシフトする。よって、角速度検出装置の動作温度が、特許文献１の弾性体の設計時点で想定していた温度（以下、基準温度という）より低くなると、角速度センサに入力される振動の周波数が固有の周波数の近傍となる場合がある。この場合、特許文献１の角速度検出装置であっても出力エラーが発生しうる。

そこで本発明では、基準温度での固有の周波数における振動の角速度センサへの伝達を低減させつつ、より低い温度でのかかる振動の角速度センサでの増幅を抑制できる角速度検出装置並びにこれを備える撮像装置及びレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る角速度検出装置は、角速度センサと、前記角速度センサを保持するセンサ固定部材と、前記センサ固定部材を固定する保持部材と、前記センサ固定部材と前記保持部材の間に介在させる緩衝部材とを有する角速度検出装置において、前記緩衝部材は、基準温度において、前記角速度検出装置の機械的な共振周波数を前記角速度センサに応じて決まる固有の周波数より低くし、前記機械的な共振周波数が前記固有の周波数と一致する温度において、前記緩衝部材の損失係数のピーク周波数を前記基準温度のときよりも前記固有の周波数の近くとする特性を有していることを特徴とする。

本発明の請求項８に係る撮像装置は、撮像素子及び前記撮像素子の露光中に振動を発生する振動発生機構を備える撮像装置であって、前記撮像装置の手ぶれ及び前記振動を角速度として検出する前記角速度検出装置と、前記角速度検出装置の出力に基づき前記撮像素子を撮影光軸と直交する平面内で駆動させる駆動部とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項９に係るレンズ鏡筒は、撮像素子及び前記撮像素子の露光中に振動を発生する振動発生機構を備える撮像装置に着脱可能なレンズ鏡筒であって、前記撮像装置の手ぶれ及び前記振動を角速度として検出する前記角速度検出装置と、ぶれ補正レンズを含む撮影光学系と、前記角速度検出装置の出力に基づき前記ぶれ補正レンズを撮影光軸と直交する平面内で駆動させる駆動部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基準温度での固有の周波数における振動の角速度センサへの伝達を低減させつつ、より低い温度でのかかる振動の角速度センサでの増幅を抑制できる。

本発明の実施例に係る角速度検出装置の分解斜視図である。 図１の角速度検出装置を備える撮像装置の横断面と制御ブロック図である。 図１の角速度検出装置の構造と回転振動を表す図である。 図２の撮像装置において発生するシャッターショック振動とこれに伴って発生する角速度検出装置の出力エラーを説明するための図である。 図１の角速度検出装置に用いられる緩衝部材の特性について説明するための図である。 角速度検出装置に従来用いられていた緩衝部材の特性について説明するための図である。 図２の撮像装置において発生するシャッターショック振動とこれに伴って発生する角速度検出装置の出力エラーの発生の低減効果を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

本発明の実施例に係る角速度検出装置１０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、駆動により振動を発生する振動発生機構の近傍に配置される。尚、本実施例においては図２において後述するシャッター３２や撮影光学系４１が振動発生機構となる。すなわち、角速度検出装置１０とは、シャッター３２の近傍にある本体角速度検出装置１０ａと、撮影光学系４１の近傍にあるレンズ角速度検出装置１０ｂの総称である。

角速度検出装置１０は、夫々１つの検出軸を有する三つの角速度センサ１１ａ～１１ｃ（以下、これらを総称する場合は角速度センサ１１という）と、センサ固定部材１２と、保持部材１３と、緩衝部材１４とを備える。

角速度センサ１１は、角速度検出装置１０を備える物体の姿勢や振動を角速度として検出し信号として出力する。尚、本実施例においてかかる物体は撮像装置２０であるが、角速度検出装置１０により姿勢や振動を角速度として検出される物体であれば撮像装置２０に限定されない。例えば、かかる姿勢や振動などが検出される物体は、姿勢に応じて表示画面を回転させる機能を有するタブレット等であってもよい。

センサ固定部材１２は、角速度センサ１１を固定する部材である。具体的には、角速度センサ１１は不図示のフレキシブルプリント基板に実装されているため、そのフレキシブルプリント基板をセンサ固定部材１２に接着剤や両面テープなどを用いて固定する。ただし角速度センサ１１はフレキシブルプリント基板に実装される場合に限定されず、固定方法もこの限りではない。さらにセンサ固定部材１２は、角速度センサ１１ａ～１１ｃの各検出軸を略直交に保持する。本実施例では、角速度センサ１１ａの検出軸は図１に記載のピッチ軸（Ｘ軸）に平行であり、角速度センサ１１ｂの検出軸は図１に記載のヨー軸（Ｙ軸）に平行であり、角速度センサ１１ｃの検出軸は図１に記載のロール軸（Ｚ軸）に平行である。

保持部材１３は、センサ固定部材１２を保持し、撮像装置２０に固定するための部材であり、第一の保持部材１３ａと第二の保持部材１３ｂの二つの部材により構成される。

緩衝部材１４は、センサ固定部材１２と保持部材１３の間に介在する部材であり、夫々が平板形状をしている第一の緩衝部材１４ａと第二の緩衝部材１４ｂの二つの部材により構成される。ここで、緩衝部材１４の材質はゴムなどの粘弾性体であるが、材質の詳細な説明は後述する。

第一の保持部材１３ａは、第一の緩衝部材１４ａと当接する。すなわち、センサ固定部材１２は、第一の緩衝部材１４ａの第一の保持部材１３ａと当接する面と対向する面に当接する。

第二の緩衝部材１４ｂは、センサ固定部材１２の第一の緩衝部材１４ａと当接する面と対向する面に当接する。すなわち、第二の保持部材１３ｂは、第二の緩衝部材１４ｂのセンサ固定部材１２と当接する面と対向する面に当接する。

よって第一の緩衝部材１４ａと第二の緩衝部材１４ｂによって、両側からセンサ固定部材１２は挟持される。また、第一の保持部材１３ａと第二の保持部材１３ｂによって、両側からセンサ固定部材１２と緩衝材２４は挟持される。この構成により、保持部材１３から伝達される振動は、角速度センサ１１に緩衝部材１４を介して伝達される。

次に、角速度検出装置１０を備える撮像装置２０の構成について図２を参照して説明する。

図２は、撮像装置２０の横断面図と制御ブロック図である。

図２において、撮像装置２０は、カメラ本体３０と、レンズ鏡筒４０によって構成される。

まずカメラ本体３０の構成について、図２を参照して説明する。

カメラ本体３０には、撮像素子３１及びシャッター３２が設けられる。

撮像素子３１は、後述するレンズ鏡筒４０を通って入射する図２の撮影光軸Ｉに沿った被写体からの光を、その撮像面で結像することにより撮像を行い、撮像信号を出力する。この撮像信号の出力先は、一般的には不図示の画像処理部であり、そこで画像処理が行われ、得られた画像情報は記憶部に記憶される。尚、撮影光軸Ｉは図２に図示するＺ軸と平行な軸である。

シャッター３２は、レンズ鏡筒４０と撮像素子３１の間に配置されており、レンズ鏡筒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可能である。

カメラ本体３０には更に、本体角速度検出装置１０ａと、本体信号処理部３３と、撮像素子駆動部３４と、本体ＣＰＵ３５が設けられる。

本体角速度検出装置１０ａは、撮像装置２０の手ぶれの角速度を検出する。

本体信号処理部３３は、本体角速度検出装置１０ａからの後述する出力回転角速度の信号に対して目標値演算（１階積分など）を行い、角度信号に変換する。

撮像素子駆動部３４は、撮像素子３１を、撮影光軸Ｉと直交するＸ軸、Ｙ軸で形成される平面内で駆動する。

本体ＣＰＵ３５は、本体信号処理部３３からの角度信号の出力に基づいて、撮像素子３１の駆動量を決定し、撮像素子駆動部３４を用いて撮像素子３１を駆動する。これによって、撮像装置２０の手ぶれによる撮像素子３１の撮像面で生じる像ぶれを補正する。

次にレンズ鏡筒４０について図２を参照して説明する。

レンズ鏡筒４０には、撮影光学系４１、レンズ角速度検出装置１０ｂ、レンズ信号処理部４２、レンズ駆動部４３、ぶれ補正レンズ４４、及びレンズＣＰＵ４５が設けられる。

撮影光学系４１は、レンズ鏡筒４０の撮影光軸Ｉ上に設けられる。撮影光学系４１によって、上述のカメラ本体３０の撮像素子３１の結像面に被写体光束が結像する。

レンズ角速度検出装置１０ｂは、撮像装置２０の手ぶれの角速度を検出する。

レンズ信号処理部４２は、本体信号処理部３３と同様に、レンズ角速度検出装置１０ｂからの後述する出力回転角速度の信号に対して目標値演算（１階積分など）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、ぶれ補正レンズ４４を、撮影光軸Ｉと直交するＸ軸、Ｙ軸で形成される平面内で駆動する。

レンズＣＰＵ４５は、レンズ信号処理部４２からの角度信号の出力に基づいて、ぶれ補正レンズ４４の駆動量を決定し、レンズ駆動部４３を用いてぶれ補正レンズ４４を駆動する。これによって、撮像装置２０の手ぶれによる撮像素子３１の撮像面で生じる像ぶれを補正する。

本体角速度検出装置１０ａとレンズ角速度検出装置１０ｂは、どちらも撮像装置２０の手ぶれを検出するが、本体ＣＰＵ３５とレンズＣＰＵ４５は互いに通信して、撮像素子３１とぶれ補正レンズ４４の駆動量を決定する。

本実施例では、撮像装置２０においてカメラ本体３０とレンズ鏡筒４０は別体であり、レンズ鏡筒４０は着脱可能である。但し、かかる構成に限定されるわけでなく、カメラ本体３０とレンズ鏡筒４０は一体であってもよい。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のどちらか一方のみを備えていても良く、さらに撮像素子駆動部３４とレンズ駆動部４３もどちらか一方のみを備えていても良い。例えば撮像装置２０が、角速度検出装置１０としてレンズ角速度検出装置１０ｂのみを備え、且つ撮像素子駆動部３４及びレンズ駆動部４３のうち撮像素子駆動部３４のみを有する場合がある。この場合は、レンズ角速度検出装置１０ｂで検出された手ぶれの角速度をレンズＣＰＵ４５が本体ＣＰＵ３５に送信する。その後、本体ＣＰＵ３５がレンズ角速度検出装置１０ｂで検出された手ぶれの角速度に基づいて、撮像素子３１の駆動量を決定し、撮像素子駆動部３４を用いて撮像素子３１を駆動する。

次に、角速度検出装置１０の動作について説明する。

図３は、角速度装置１０の構造と回転振動を表す図である。図３において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、ピッチ軸、ヨー軸、及びロール軸は、夫々図１に記載の方向と同一である。

図３（ａ）は、角速度検出装置１０に入力された振動のロール軸回りの回転角速度を検出する角速度センサ１１ｃを正面にしたＸＹ平面と平行な図である。

また、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´切断線で切断したときの断面である。図３（ｂ）において、実線の回転矢印で表される入力回転角速度ω_ｉｎは、角速度検出装置１０に入力される振動のヨー軸回りの回転角速度である。角速度検出装置１０に入力された振動のヨー軸回りの入力回転角速度ω_ｉｎは、保持部材１３と緩衝部材１４を介して、センサ固定部材１２に固定される角速度センサ１１ａ～１１ｃに伝達される。一方、破線の回転矢印で表される出力回転角速度ω_ｏｕｔは、角速度検出装置１０に入力された振動のうち、角速度センサ１１ｂに伝達され測定（出力）される振動のヨー軸回りの回転角速度である。

尚、図３においては、角速度検出装置１０の入力回転角速度及び出力回転角速度として、ヨー軸回りの入力回転角速度ω_ｉｎ及び出力回転角速度ω_ｏｕｔのみが示されているが、ピッチ軸及びロール軸回りの入力回転角速度及び出力回転角速度も同様に存在する。

次に、撮像装置２０の動作について説明する。

撮像装置２０のカメラ本体３０に搭載されるシャッター３２は、遮光のための先幕及び後幕を備えており、撮影者からの撮影指示操作などに応答して、先幕と後幕が動作し、遮光状態、透光状態を順次切り替える。その際、先幕と後幕はシャッター３２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ため、撮像装置２０において衝撃が発生する。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、こ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。以下、これをシャッターショック振動と呼ぶ。

シャッターショック振動は、シャッター３２からカメラ本体３０内の不図示の構造物を介して本体角速度検出装置１０ａや、カメラ本体３０からレンズ鏡筒４０の不図示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。但し、本実施例においては、本体角速度検出装置１０ａにシャッターショック振動が伝達され、本体信号処理部３３において本体角速度検出装置１０ａからの出力回転角速度の信号に対して目標値演算として１階積分が行われる場合についてのみ説明する。

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、この周波数で入力信号を増幅する特性をもつ。例えば、角速度センサ１１に応じて決まる固有の周波数ｆｓの一つには離調周波数Δｆがある。ここで離調周波数Δｆとは、角速度センサ１１の検出周波数、すなわち、検出振動方向における角速度センサ１１の共振周波数と駆動周波数、すなわち駆動振動方向における角速度センサ１１の共振周波数の差である。ここで、検出振動方向とは、角速度センサ１１が出力回転角速度を検出する方向を示し、駆動振動方向とは、出力回転角速度の検出前に予め角速度センサ１１を振動させておく方向であって、検出軸及び検出振動方向の夫々と垂直な方向を示す。

以降では、離調周波数Δｆを含むシャッターショック振動が撮像装置２０に発生した場合について説明するが、シャッターショック振動に離調周波数Δｆ以外の固有の周波数ｆｓが含まれている場合についても同様に本発明は適用可能である。また、本実施例における角速度検出装置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。角速度センサ１１では離調周波数Δｆで出力回転角速度の信号が増幅される。この結果、その出力回転角速度の信号が角速度センサ１１の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など、実際の信号と異なる信号を出力する、すなわち角速度検出装置１０において出力エラーが発生する。

また、以下、シャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動が角速度センサ１１ｃに伝達した場合について説明するが、シャッターショック振動のピッチ軸、ロール軸回りの回転振動が角速度センサ１１ａ，１１ｃに伝達した場合についても同様となる。

図４は、撮像装置２０において発生するシャッターショック振動とこれに伴って発生する角速度検出装置１０の出力エラーを説明するための図である。

図４（ａ）は、本体角速度検出装置１０ａが緩衝部材１４を有しない場合に、撮像装置２０において発生するシャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動を角速度センサ１１ｃが測定した結果を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸は角速度、横軸は周波数を示す。

図４（ａ）において、角速度センサ１１ｃの離調周波数Δｆは、二点鎖線で表される。すなわち、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ことが確認できる。

図４（ｂ）は、シャッターショック振動の発生により角速度センサ１１の回路内で出力回転角速度の信号が飽和した時に本体信号処理部３３から出力される角度信号を示すグラフである。

図４（ｂ）のグラフでは、本体信号処理部３３からの角度信号の出力が急峻に変化しており、角速度検出装置１０で出力エラーが発生していることがわかる。言い換えると、シャッターショック振動の発生により角速度センサ１１の回路内で出力回転角速度の信号が飽和してしまっていることが確認できる。

このように角速度検出装置１０において出力エラー発生時に本体信号処理部３３からの角度信号の出力に基づいて本体ＣＰＵ３５が撮像素子３１の駆動制御を行うと、撮像装置２０の手ぶれによる撮像素子３１の撮像面で生じる像ぶれを正しく補正できない。

かかる不具合が生じることを低減させるには、シャッターショック振動が発生した際の出力回転角速度に含まれる離調周波数Δｆの成分を低減させる必要がある。

次に、角速度検出装置１０に用いられる緩衝部材１４の特性について図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、ヨー軸回りの回転振動に対する角速度検出装置１０の伝達特性ゲインの周波数特性を示すグラフである。

図５（ａ）のグラフの縦軸は、伝達特性ゲインである。この値は、図３（ｂ）に示す角速度検出装置１０に入力される振動のヨー軸回りの入力回転角速度ω_ｉｎに対する、その振動のうち角速度センサ１１ｂに伝達され測定(出力)される振動のヨー軸回りの出力回転角速度ω_ｏｕｔの比から計算される。

また図５（ａ）のグラフの横軸は、対数表示の周波数である。

図５（ｂ）は、緩衝部材１４の粘弾性を表す複素弾性率の周波数特性であり、縦軸が対数表示の複素弾性率、横軸は対数表示の周波数である。

図５（ｃ）は、緩衝部材１４の材料特性を表す損失係数ｔａｎδの周波数特性を示すグラフであり、縦軸が損失係数ｔａｎδ、横軸は対数表示の周波数である。

図５（ａ）において、基準温度Ｔｓにおける伝達特性ゲインの周波数特性を実線で示し、温度Ｔｃ（＜Ｔｓ）における伝達特性ゲインの周波数特性を破線で示す。本実施例における基準温度Ｔｓは２３℃±５℃である。また、基準温度Ｔｓにおける角速度検出装置１０の機械的な共振周波数をｆｒとし、温度Ｔｃにおける角速度検出装置１０の機械的な共振周波数をｆｒ’とする。

ここで、物体の機械的な共振周波数は、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決まる。本実施例における角速度検出装置１０の剛性は、緩衝部材１４の剛性が支配的であるため、緩衝部材１４の材質及び形状とセンサ固定部材１２の材質によって角速度検出装置１０の機械的な共振周波数ｆｒ，ｆｒ’が決まる。図５（ａ）に示すように、角速度検出装置１０の伝達特性ゲインは、基準温度Ｔｓにおいては共振周波数ｆｒの近傍においてピークとなりその値が０以上となる一方、温度Ｔｃにおいては共振周波数ｆｒ’の近傍においてピークとなりその値が０より大きくなる。

また、図５（ａ）に示すように、角速度検出装置１０の伝達特性ゲインは、基準温度Ｔｓにおいては共振周波数ｆｒより高周波数で小さくなる。よって角速度検出装置１０に入力される振動の入力回転角速度ω_ｉｎは、共振周波数ｆｒ以上の高周波数の回転振動を減衰して、センサ固定部材１２に出力回転角速度ω_ｏｕｔとして伝達される。よって本実施例では、緩衝部材１４の材質の選定及びその形状の設計とセンサ固定部材１２の材質の選定とを行うことにより、共振周波数ｆｒを、離調周波数Δｆより低くする。より具体的には、角速度検出装置１０の共振周波数は、緩衝部材１４の材質固有の値である複素弾性率、特にその実部である貯蔵弾性率の値、緩衝部材１４の面積及び厚さ、センサ固定部材１２の材質に応じて決まるその質量の４つのパラメータにより決定される。よって、これら４つのパラメータを調整し、共振周波数ｆｒを、離調周波数Δｆより低くする。

これにより、角速度検出装置１０に入力される振動の入力回転角速度ω_ｉｎの離調周波数Δｆの回転振動の成分は、緩衝部材１４により減衰され、角速度センサ１１に出力回転角速度ω_ｏｕｔとして伝達する。このため、角速度センサ１１に入力される離調周波数Δｆでの回転振動は抑制され、出力回転角速度の信号が角速度センサ１１の回路内部で飽和することを防ぎ、角速度検出装置１０の出力エラーを防ぐことができる。

しかし、本実施例の緩衝部材１４は粘弾性体であるため、複素弾性率は温度によって変化する。

ここで粘弾性体の複素弾性率は温度特性があり、ガラス転移温度において複素弾性率が大きく変化する特徴があり、また温度が低くなるにつれて複素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づけることができる。

図５（ｂ）において実線で示す基準温度Ｔｓにおける複素弾性率の周波数特性で表すとおり、周波数が高くなるにつれて複素弾性率は高くなるような周波数特性が得られる。また図５（ｂ）において破線で示す、温度Ｔｃにおける複素弾性率の周波数特性で表すとおり、温度が低くなるにつれて、任意の周波数における複素弾性率は高くなる。よって温度が低くなるにつれて、物体の機械的な共振周波数は高くなる。このため、図５（ａ）の破線で示すように、角速度検出装置１０の共振周波数が、角速度センサ１１の離調周波数Δｆと一致する温度Ｔｃ（＜Ｔｓ）が存在する。すなわち、温度Ｔｃにおける共振周波数ｆｒ´は基準温度Ｔｓにおける共振周波数ｆｒより高く、離調周波数Δｆと一致する。

温度が温度Ｔｃ以下となると、離調周波数Δｆより角速度検出装置１０の共振周波数が高くなるため、角速度検出装置１０に入力される振動の入力回転角速度ω_ｉｎの離調周波数Δｆの回転振動の成分を、緩衝部材１４により減衰させることができない。さらに温度が温度Ｔｃ近傍である場合、離調周波数Δｆと略一致する角速度検出装置１０の共振周波数における伝達特性ゲインがピークとなりその値が０以上となる。このため、角速度センサ１１に入力される離調周波数Δｆでの回転振動を逆に増幅してしまい、出力エラーの発生を促進することになる。

かかる問題を軽減すべく、本実施例では、温度が温度Ｔｃ近傍である場合の角速度検出装置１０の共振周波数における伝達特性ゲインの値を低くする。ここで、角速度検出装置１０の共振周波数における伝達特性ゲインは、緩衝部材１４の材料特性である損失係数ｔａｎδによって決まる。すなわち、共振周波数における損失係数ｔａｎδが大きいほど、共振周波数における角速度検出装置１０の伝達特性のゲインは下がる。

さらに図５（ｃ）で示すように、緩衝部材１４の損失係数ｔａｎδは一つのピーク周波数において最大となる山状の周波数特性を持つことがわかる。

また、図５（ｃ）では、基準温度Ｔｓにおける損失係数ｔａｎδの周波数特性を実線で示し、温度Ｔｃにおける損失係数ｔａｎδの周波数特性を破線で示す。この実線及び破線で示す周波数特性を比較すると明らかなとおり、温度が低くなるにつれて損失係数ｔａｎδのピーク周波数は低周波数にシフトする。

そこで、本実施例の角速度検出装置１０の緩衝部材１４には、温度Ｔｃにおける損失係数ｔａｎδのピーク周波数ｆｐ´が離調周波数Δｆ近傍となる材質を用いる。ここで、損失係数ｔａｎδの周波数特性は、前述のとおり温度が低いと低周波数にシフトする。よって、温度Ｔｃにおいて損失係数ｔａｎδのピーク周波数ｆｐ´が離調周波数Δｆの近傍ということは、温度Ｔｃより高い基準温度Ｔｓのピーク周波数ｆｐは離調周波数Δｆより高くなる。つまり緩衝部材１４には、基準温度Ｔｓにおいて、緩衝部材１４の損失係数ｔａｎδのピーク周波数ｆｐが離調周波数Δｆより高い材質を用いると言い換えることもできる。緩衝部材１４にかかる材質を用いることによって、温度Ｔｃにおいて共振周波数ｆｒ´の損失係数ｔａｎδの値を、可能な限り高い値とする。これにより、温度が温度Ｔｃ近傍である場合の角速度検出装置１０の共振周波数における伝達特性ゲインの値を低くすることができる。

図６は、角速度検出装置１０に従来用いられていた緩衝部材の特性について説明するための図である。図５と同様に図６（ａ）が角速度検出装置１０の伝達特性のゲインの周波数特性を表し、図６（ｂ）がｔａｎδの周波数特性を表す図である。

従来の緩衝部材は、図５に示す緩衝部材１４とは逆に、基準温度Ｔｓにおける損失係数ｔａｎδのピーク周波数ｆｐが、離調周波数Δｆより低い粘弾性体が用いられる。損失係数ｔａｎδの周波数特性は、前述のとおり温度が低いと低周波数にシフトするため、従来の緩衝部材の温度Ｔｃにおける損失係数ｔａｎδのピーク周波数ｆｐ´は、図６（ｂ）に示すように、ピーク周波数ｆｐよりさらに離調周波数Δｆから離れてしまう。よって、図６（ｂ）に示す温度Ｔｃにおける損失係数ｔａｎδの値は、図５（ｃ）に示す値より小さくなる。すなわち、温度が温度Ｔｃ近傍である場合の角速度検出装置１０の共振周波数における伝達特性ゲインの値が図６（ａ）に示すように高くなってしまう。

よって、本実施例では、角速度検出装置１０の緩衝部材１４を、図５（ｃ）で示す損失係数ｔａｎδの周波数特性をもつように設計する。これにより、離調周波数Δｆにおける伝達特性ゲインを、角速度検出装置１０の緩衝部材１４が図６（ｂ）で示す損失係数ｔａｎδの周波数特性をもつ従来の緩衝部材の場合と比べて相対的に低減させることができる。

以上により、本実施例に係る角速度検出装置１０は、基準温度Ｔｓで固有の周波数ｆｓの一つである離調周波数Δｆにおける振動の角速度センサ１１への伝達を低減させつつ、基準温度Ｔｓより低い温度での角速度センサ１１でのかかる振動の増幅を抑制できる。

次に本実施例に係る撮像装置２０における、シャッターショック振動の発生時の角速度検出装置１０の出力エラーの発生の低減効果について説明する。

図７は、撮像装置２０において発生するシャッターショック振動とこれに伴って発生する角速度検出装置１０の出力エラーの発生の低減効果を説明するための図である。

図７（ａ）は、図４（ａ）と同じ図であり、本体角速度検出装置１０ａが緩衝部材１４を有しない場合に、撮像装置２０において発生するシャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動を角速度センサ１１ｃが測定した結果を示すグラフである。

図７（ｂ）、本体角速度検出装置１０ａが図５に示す周波数特性をもつ緩衝部材１４を有する場合に、シャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動を角速度センサ１１ｃが測定した結果を示すグラフである。

図７（ｃ）は、本体角速度検出装置１０ａが図６に示す周波数特性をもつ従来の緩衝部材を有する場合に、シャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動を角速度センサ１１ｃが測定した結果を示すグラフである。

図７（ｂ）、図７（ｃ）は共に、実線が基準温度Ｔｓにおける測定結果を示し、破線が温度Ｔｃにおける測定結果を示す。

図７（ａ）を参照すると、シャッターショック振動は、角速度センサ１１ｃの離調周波数Δｆにおいて、比較的大きい角速度を持つことがわかる。また、前述したように、図５（ａ）や図６（ａ）に示す伝達特性ゲインは、図５（ｃ）や図６（ｂ）に示す緩衝部材１４の材料特性を表す損失係数ｔａｎδに応じて増大または減少する。

図５（ａ）、図６（ａ）は共に、基準温度Ｔｓにおける離調周波数Δｆでの伝達特性ゲインの値はマイナスである。よって、図７（ｂ）、図７（ｃ）で示す基準温度Ｔｓのときの角速度センサ１１ｃで測定されるシャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動の測定結果は、図７（ａ）で示す測定結果より低減されている。すなわち、本体角速度検出装置１０ａが、図５及び図６のいずれに示す周波数特性をもつ緩衝部材を有する場合であっても、基準温度Ｔｓでの本体角速度検出装置１０ａにおける出力エラーの発生を防ぐことができる。

一方、基準温度Ｔｓより低い温度Ｔｃにおける離調周波数Δｆでの伝達特性ゲインの値は、図６（ａ）の場合より図５（ａ）の場合の方が小さい。このため、温度が温度Ｔｃとなり、離調周波数Δｆに共振周波数ｆｒ´が一致した場合であっても、角速度センサ１１での共振周波数ｆｒ´における振動の増幅を抑制することができる。これにより、温度Ｔｃにおいてシャッターショック振動のヨー軸回りの回転振動を角速度センサ１１ｃが測定した値は、図７（ｃ）に対して図７（ｂ）は小さくなる。

すなわち、本実施例の本体角速度検出装置１０ａは、温度Ｔｃにおいて離調周波数Δｆでの振動の角速度センサ１１での増幅を本体角速度検出装置１０ａが図６に示す周波数特性をもつ緩衝部材を有する場合と比べて相対的に低減させることができる。つまり緩衝部材１４の損失係数ｔａｎδが、図５（ｃ）の周波数特性を持つことにより、角速度センサ１１ｃでの離調周波数Δｆにおけるシャッターショック振動の増幅を抑制することができる。

よって撮像装置２０を構成するカメラ本体３０とレンズ鏡筒４０は、基準温度Ｔｓで離調周波数Δｆにおける振動の角速度センサ１１への伝達を低減することができ、ひいては角速度検出装置における出力エラーを防ぐことができる。また、カメラ本体３０の本体角速度検出装置１０ａ及びレンズ鏡筒４０のレンズ角速度検出装置１０ｂは夫々、基準温度Ｔｓより低い温度でのかかる振動の角速度センサ１１での増幅を抑制することができる。ひいては角速度検出装置１０における出力エラー発生の促進を防ぐことができる。

尚、本実施例では、シャッター３２で発生するシャッターショック振動に離調周波数が含まれる場合を説明したが、これに限定されない。すなわち、撮像素子３１の露光中に動作する振動発生機構で発生する振動に角速度センサ１１の固有の周波数が含まれればよい。例えば、振動発生機構はシャッター３２ではなくミラーアップ及びミラーダウン時に振動を発生するミラー部であってもよい。

１０ 角速度検出装置
１１ 角速度センサ
１２ センサ固定部材
１３ 保持部材
１４ 緩衝部材
２０ 撮像装置
３０ カメラ本体
３１ 撮像素子
３２ シャッター
３３ 本体信号処理部
３４ 撮像素子駆動部
４０ レンズ鏡筒
４２ レンズ信号処理部
４３ レンズ駆動部
４４ ぶれ補正レンズ

Claims (9)

1. 角速度センサと、
   前記角速度センサを保持するセンサ固定部材と、
   前記センサ固定部材を固定する保持部材と、
   前記センサ固定部材と前記保持部材の間に介在させる緩衝部材とを有する角速度検出装置において、
   前記緩衝部材は、基準温度において、前記角速度検出装置の機械的な共振周波数を前記角速度センサに応じて決まる固有の周波数より低くし、前記機械的な共振周波数が前記固有の周波数と一致する温度において、前記緩衝部材の損失係数のピーク周波数を前記基準温度のときよりも前記固有の周波数の近くとする特性を有していることを特徴とする角速度検出装置。
2. 前記緩衝部材は、前記機械的な共振周波数が前記固有の周波数と一致する温度において、前記緩衝部材の損失係数のピーク周波数を前記固有の周波数の近傍とする特性を有してい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. 前記緩衝部材は、粘弾性体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の角速度検出装置。
4. 前記緩衝部材は、ゴムであ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. 前記機械的な共振周波数が前記固有の周波数と一致する温度は、前記基準温度よりも低い温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
6. 前記基準温度は２３℃±５℃の範囲の温度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
7. 前記固有の周波数は前記角速度センサの検出周波数と駆動周波数の差であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
8. 撮像素子及び前記撮像素子の露光中に振動を発生する振動発生機構を備える撮像装置であって、
   前記撮像装置の手ぶれ及び前記振動を角速度として検出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の角速度検出装置と、
   前記角速度検出装置の出力に基づき前記撮像素子を撮影光軸と直交する平面内で駆動させる駆動部とを備えることを特徴とする撮像装置。
9. 撮像素子及び前記撮像素子の露光中に振動を発生する振動発生機構を備える撮像装置に着脱可能なレンズ鏡筒であって、
   前記撮像装置の手ぶれ及び前記振動を角速度として検出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の角速度検出装置と、
   ぶれ補正レンズを含む撮影光学系と、
   前記角速度検出装置の出力に基づき前記ぶれ補正レンズを撮影光軸と直交する平面内で駆動させる駆動部とを備えることを特徴とするレンズ鏡筒。

Images