JPH02163611A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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１２１１ｚ
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適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
して以下に説明する。

近時のカメラは、露出決定やピント合わせ等の撮影にと
って重要な作英は、多く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、カメラふ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
名の１手ぶれ」による撮影失敗を防止するための研究お
よび開発が進められている。ここてカメラにおいて問題
となる１手ぶれ」は、周波数として通常１１１Ｚないし
１２Ｈｚ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
正レンズを変位さセでフィルム上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しても像ぶ
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７図によりその概
要を説明する。

この第７図の例は、同図の矢印７１で示す撮影光軸が生
ずるカメラ縦ぶれ（ピッチング）７１ｐ、およびカメラ
横ぶれ（ヨーイング）７１ｙを検出して、像面７９での
画像のブレを防止するようにしたシステムの図である。

第７図において、７２はレンズ鏡筒、７３ｐ、７３ｙは
各々カメラ縦ぶれ角速度、カメラ横ふれ角速度を検出す
る角速度計て、それぞれの角速度検出方向を７４１１．
７４４／で示している。７ｓｐ４５ｙは公知のアナログ
積分回路であり、角速度計７３ｐ。

７３３１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７６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７７９．７７ｙにより図示Ｙ、Ｘ方向に移動される
。なお７８ｐ、７８ｙは補正光学系７６の位置検出セン
サであり、該補正光学系７６の駆動は位首を検知しなが
ら上記移動を正確に行なわせるようになっている。

以上によって、像面７９での画像は見抄）け上静止の状
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７５ｐ
、７５ｙを省くこともできる。

第５図（ａ）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）に示す如く、振動機
構５１と、この振動機構５１を支持梁５２ａを介してレ
ンズ鏡筒等の固定部である基台５２に支持する支持機構
と、この振動機構５１に電気的に接続された制御回路５
３により構成される。

この図示例の振動機構５１は、音叉形状に形成された一
対の腕を有する振動駆動部５４と、この振動駆動部５４
の音叉形の各腕先端から延出されていて、かつ振動面に
対し直角方向の剛性が弱くなるように配置された一対の
振動片５５ａ、５５ｂとにより形成され、振動駆動部５
４の音叉形の片側の腕には、この振動駆動部５４をたわ
み振動させるための振動駆動用の第１の圧電変換素子５
６が固着され、また他方の腕には駆動振動検知用の第２
の圧電変換素子５７（図面上は第１の圧電変換素子５６
と同様の装着態様であるため腕の裏面となり図示されず
）が固着されていて、制御回路５３から第１の圧電変換
素子５６に人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５７の方向に互いに逆向きに振動させるようになフ
ている。なお第２の圧電変換素子５７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５４に発
生した振動を検知して制御回路５３へ出力する。

振動片５５ａ、５５ｂの先端には集中質量５１０ａ。

５１０ｂが組付けられており、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５１に軸５１１回りに
人力角速度Ωが加わったとすると、集中質量５８ａ、５
８ｂ　、交番速度１人力角速度Ωの積で求まるコリオリ
の力Ｆｃが矢印５１２ａ。

５１２ｂの方向に加わる。矢印５１２ａ、５１２ｂの方
向が互いに逆向きになるのは、一対の振動片５５ａ。

５５ｂは互いに逆向ぎ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５３により常に一定振
幅を保つようにしておけば、集中質量５８ａ　５８ｂ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は上記
コリオリの力Ｆｃにより歪ませられるので、この振動片
５５ａ、５５ｂの歪み方向を検知するように該振動片５
５ａ、５５ｂに予め固着させた第３の圧電変換素子５８
ａ、５８ｂにより歪みを検知し、この出力を制御回路Ｕ
で処理することで人力角速度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５７、および第３の圧電変換
素子５６ａ、５６ｂの端子出力は、各々抵抗５１３．５
１４で接地した後に非反転増幅器５１５，５１６に入力
されて増幅検出電圧を発生し、移相回路５１７は非反転
増幅器５１３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５１７の役割を以下に述べると、振動機構
料は、第１の圧電変換素子５６に入力される加振信号に
より振動するが、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５６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
５７を介した非反転増幅器５１５からの増幅検出電圧は
、第１の圧電変換素子５６に対して人力される加振信号
に対し位相が９０°遅れている。そこで移相回路５１７
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５６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５１５の増幅検出電圧を大きくし
て、振動機構５１を振動させるのである。

なお制御回路５３における整流回路５１８は、移相回路
５１７からの移相電圧に応答して移相電圧を整流して整
流電圧を発生する。基準信号回路５１９は、非反転増幅
器５１５からの増幅検出信号を一定にすへく第１の圧電
変換素子５６への加振信号を制御するための基準電圧を
発生する。差動増幅器５２０は、上記整流回路５１８か
らの整流電圧と基準信号回路５１９からの基準電圧との
差を増幅した差動増幅電圧を発生する。乗算回路５２１
は、０相回路５１７からの移相電圧に差動増幅器５２０
からの差動増幅電圧を乗し、この乗算結果を前記第１の
圧電変換素子５６への加振信号に相当する帰還電圧とす
る。

このようにすることで、振動機構５１は一定の振幅で安
定振動することになる。すなわち前述したように、加振
信号電圧より非反転増幅器５１５の増幅検出電圧を大き
くすると、振動機構５１は振動を始めるが、このままで
は、振動は次第に増大し、最終的には電源電圧で制限を
受けるため、歪んた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５１５からの増幅検出信号を
整流回路５１８で整流し、基準信号回路５１９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５２１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５１５の
増幅電圧の比か小さくなっていく。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■は一定幅で安定振動を行なうことになるのである。

方、非反転増幅器５１６の出力についてみると、こねは
振動周波数成分のみを通過させる帯域通過回路５２２を
介することて、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５８ａ、５８ｂか検知して生ずる加
速度信号）が除去される。そして同期検波回路５２３は
、移相凹路５１７からのＵ相電圧に応答して、この移相
電圧との関連により、上記帯域通過回路５２２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１
１目検波電圧として発生する。

第５図（ｂｌ　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５１の振
動５２４に対し、交番速度は１点鎖線５２５で示される
ように、位相が９０″進んでいる。そして入力角速度Ω
がこの系に作用する結果として、第３の圧電変換素子５
８δ、５８ｂの出力は、同図の２点鎖線５２６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
５１の振動検知を行なう第２の圧電変換素子５７の出力
５２７を示し、この出力５２７を矛多相回路５１７で９
０’進ませた移相電圧で第３の圧電変換素子５８ａ、５
８ｂの出力５２６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
８で積分することで入力角速度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］ ところて、以上のような動作を行なう従来の装置は、振
動機構５１が極めて複雑な形状をしているため寸法が大
きくなってしまい、このままではこの種の角速度計を利
用する例えば防振カメラ等の民生用機器にこれを利用す
る場合に要求される携帯性を損ねるという難があり、ま
た形状の複雑さ故に精度の管理が難かしく角速度計の性
能が大幅に低下してしまうという問題もある。

そこでこのような問題を解決するために、例えば第６図
に示すような簡単な形状の角速度側が提案される。

この第６図でｆｉｌｌ示さねる角速度計は、例えばリン
青銅等の金属板の折り曲げ及びねじり加工で一体に作ら
れた振動駆動部６１と振動片６２ａ。

６２ｂにより全体としてＵ型に形成された振動機構にお
いて、振動駆動部６１の表面に振動駆動用の圧電変換素
子６３、裏面に駆動振動検知用の圧電変化素子６４（図
面上は図示されず）を夫々貼着し、また上記Ｕ型の各腕
部である振動片６２ａ６２ｂに前述のコリオりの力を検
出するための圧電変化素子１ｉ５ａ、６５ｂが接着され
ている。

このような描成によむば、振動駆動部６１は図の矢印１
ｉ６方向に振動するため振動片６２ａ、６２ｂは矢印６
７方向に交番速度をもつことになり、振動片自体の質量
、交番速度、入力角速度Ωによりコリオりの力Ｆｃが６
８ａ、６８ｂの方向に発生し、角速度検知が行なえる。

この第６図の例に示された角速度計は、製作が容易でか
つ小型化に適しているという利点がある。

しかしながらこの構成では振動駆動部６１が短冊状であ
って、前述第５図で説明した角速度計の振動機構５１の
ようにＵ型をなしているものではなく、第１の圧電変換
素子で発生させたたわみ振動を振動片に拡大して伝達す
るという構造をもっていない。したがって、小型化のメ
リットはあるものの、振動片の交番速度を減少させてし
まい角速度感度出力の減少となってしまう問題があるた
め、更に改善の余地があると考えられる。

本発明はこのような種々の問題点を考慮して開発された
ものであり、その目的は小型化と振動片の交番速度の増
大を同時に実現した角速度計を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためになされた本発明よりなる角速
度計の特徴は、一方向に長尺でかつ該一方向に対して垂
直方向にたわみ変形可能な第１の基体と、この第１の基
体から上記垂直方向に沿って延出されかつ該垂直方向と
該長尺方向に直交する方向の剛性が低くなるように配置
された第２の基体と、上記第１の基体を固定体に支持さ
せる支持体と、上記第１の基体に組付けられてこれをた
わみ振動させる第１の圧電変換素子、及び該たわみ振動
を検出するための第２の圧電変換素子と、上記第２の基
体に組付けられて該垂直方向を軸とする軸回りの入力角
速度を検出するための第３の圧電変換素子とを備えた角
速度計であフて、上記第１の基体と第２の基体は、第１
の基体に発生された上記たわみ振動を第２の基体に増幅
して伝達する弾性連結部を介して結合したという構成を
なすところにある。

上記構成における弾性連結部は、第１の基体の両端部を
折り返した延出部として形成し、この折り返し延出部の
先端に第２の基体を結合させ、より好ましくは、折り返
し延出部と第２の基体を一体成形品とする態様のものを
具体的に例示することができる。このような一体成形量
とするためには、例えば第２の基体を上記折り返し延出
部に対して折り曲げ又はねじり加工で成形することがで
きる。また特に、第２の基体を第１の基体の中心を含む
平面内に位置させるに歪みが生じ検出出力が不安定にな
ることもなくする構成も特に好ましく例示される。

上記第１の基体及び第２の基体は一般的には単一の金属
製板体を打抜きして形成することが適当である場合が多
いが、切削により削り出しして形成したり、別体に成形
したものをハンダ付は等で一体化させたものであっても
よい。

また上記第１の基体及び第２の基体から構成される振動
機構は、第２の基体を第１の基体から上記垂直方向の片
側に延設させたものである他、第１の基体から垂直方向
の両側に延設させて全体としてＨ型をなすように形成さ
せたものであってもよい。

［作　用］ 本発明によれば、たわみ振動を生ずる振動駆動部を構成
する第１の基体と、入力角速度を検出するための振動片
を構成する第２の基体が、弾性連結部を介して結合され
ているために、振動駆動部に発生させた振動を増幅して
振動片に伝達することかでき、小型の振動機構により振
動片の交番速度を大きく得ることができて、入力角速度
の検出精度が高くなる。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例１を説明するための図であり、
制御回路などは第５図で説明したものと同様であるため
図示を省略して振動機構１１の部分みを図示している。

この第１図において、１１は振動駆動部であり、略十字
形に打抜きした板材の矩形本体部分が第１の基体に相当
する本体基板Ｉｌｌをなし、これの長尺方向中央部の側
縁部から直角方向に延出された支持梁２０ａ、２０ｂに
よって該本体基板１１１は固定基台２０に連結支持され
ている。

この本体基板１１１の表面（図の上面）にたわみ振動の
駆動用の第１の圧電変換素子１４が接着され、裏面Ｃ図
の下面）には発生されたたわみ振動を検出するだめの第
２の圧電変換素子１５（図面上は図示せず）が接着され
ていて、これらが第５図の制御回路に電気的に接続され
ている構成をなしていることは第５図の例で説明したも
のと同様である。

そして本例の特徴は、この振動駆動部１１の本体基板１
１１の長尺方向の両端部から、Ｌ型に折り返したレバー
１２ａ、１２ｂを延出させ、このレバー１２ａ、１２ｂ
の先端に、振動片＋３ａ　、　＋３ｂを固定して設けた
という構成をなしているところにある。この振動片１３
ａ、１３ｂが振動駆動部１１に垂直な方向の軸回りの剛
性が低く配置されていること、またこの軸回りの人力角
速度を検出するための第３の圧電変換素子１６ａｊ６ｂ
が接着されていること、については第６図の例と同様で
ある。なお本例における上記の振動駆動部１１とＬ型の
レバー１２ａ、＋２ｂは、例えば単一部材からの削り出
し又はダイキャス）・により一体成形品として構成する
ことかできる。

このような構成によれば、振動駆動部１１に与えられた
たわみ振動は、し型レバー１２ａ、＋２ｂの弾性により
拡大されて振動片＋３ａ、１３ｂに伝えられるために、
この振動片１３ａ、＋３ｂのもつ交番速度は大きくなり
、検知軸１９回りの入力角速度Ωの感度出力を大きく得
ることかできる。

なお上記構成において、振動駆動部のたわみ振動を検出
するための図示していない第２の圧電変換素子１５は、
振動駆動部の本体基板１１１の裏面に接着する場合の他
、上記り型レバー１２ａ１２ｂの側面（第１図に符号１
７で矢視）に接着してもよい。

また、本例においては振動片＋３ａ、１３ｂを、振動駆
動部１１の本体基板ＩＩＩの長尺方向と支持梁２０ａ、
２０ｂの延長軸方向との交点（したがって本体基板１１
１の中心）を含む面内に位置させる構成としているので
、外部からの振動等に対して偶力の影響がない点で有利
であるという特徴もある。

第２図ｔａ）、　（ｂ）は本発明の実施例２を説明する
ためのものであり、折り返し延出部を略Ｕ型のレバー１
２ａ、１２ｂとした他、大略実施例１と同様の構成の振
動機構を構成している例を示している。実施例１と共通
する部材については同一の符号を付してその説明は省略
した。

このような構成の振動機構の基体は、例えばリン青銅の
折り曲げ加工により形成することができる。そしてこの
例における折り返し延出部によるたわみ振動の増幅伝達
の様子を第４図ｆａ）　、　（ｂ）により示した。

本例のわん曲した成形によれば、振動機構の基体を作製
する加工が極めて容易であり、生産性の向上に有利であ
る。

なお第２図（ｂ）に例においては、振動片１２ａ。

１２ｂの先端を複数回折り畳みすることで集中質量２０
ａ、２０ｂをなずように構成しており、これによりコリ
オリの力が大ぎくなって人力角速度Ωの検出感度が大き
くなるという効果が得られる特徴がある。

第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の実施
例３を説明するための図であり、これらの例は、振動駆
動部１１の上下に、同一形状の弾性連結部である折り返
し延出部１２ａ、１２ｂ　、及び振動片１３ａ、＋３６
を対称的に形成させ全体としてＨ型形状なすように形成
させた構成のものを示している。なおＳ３図（ａ）は正
面側斜視図、第３図（ｂ）は裏面側斜視図を示している
。

そして第３図（ａ）　、　（ｂ）の例はわん曲加工によ
り折り返し延出部を形成させた場合を示し、第３図（Ｃ
）は実施例１の変形例に相当する削り出し加工により折
り返し延出部を形成させた場合を示している。

これらのＨ型形状の振動機構によれば、振動片が多いこ
とによる入力角速度の検出感度の向上が得られることは
勿論のこと、次のような効果が得られるという利点があ
る。すなわち、この例の構成によれば、振動機構の重心
位置を、支持梁２０ａ、２０ｂによる支持中心位置と一
致させることができため、外部からの衝撃等による内部
の歪が生じ難くなり、その結果安定した角速度の検出が
行なえるという利点がある。例えば上記した支持中心位
置と振動機構の重心位置が偏芯している場合には、外部
からの衝撃や重力加速度の影響で該振動機構に偶力が生
じ、これによって支持部や振動駆動部に歪が発生して、
これが敏感に駆動振動や振幅や位相を変化させる結果、
検出精度の誤差を招くことになるが、本例によれば上記
したようにこのような問題がないという利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の構成を有する角速度計によ
れば、弾性連結部を介して振動片と振動駆動部を連結す
ることで、小型でありながら、角速度検出感度に優れた
角速度形を容易に製作できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の角速度計を説明するための
振動機構の斜視図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は実施例
２の角速度計を説明するための振動機構の斜視図、第３
図（ａ）、（ｂ）　　（ｃ）は実施例３の角速度計を説
明するための振動機構の斜視図である。第４図（ａ）　
、　（ｂ）は弾性連結部による振動増幅伝達の様子を説
明するための図である。 第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は他の従来例の
角速度計を説明するための図、第６図は従来の他の例の
角速度計の振動機構を示す斜視図、第７図は角速度計を
適用するカメラの像ぶれ防止システムの概要を説明する
ための図である。 ｌｌ：振動駆動部　　　　１１１：本体基板１２ａ、１
２ｂ　　ニレバー　　　＋３ａ、１３ｂ　　：振動片１
４：第１の圧電変換素子 １５：第２の圧電変換素子 １６ａ、１６ｂ　：第３の圧電変換素子２０ａ、２０ｂ
　　：集中質量 １９：検知軸 ５１：振動機構　　　　　５２：基台 ５２ａ、５２ｂ　　：支持梁　　　５４：振動駆動部５
５ａ、５５ｂ　　：振動片 ５６ａ、５６ｂ　　：第３の圧電変換素子５９：検知軸 他４名 ２、Ｙ６″慴百１２６ ４′Ｔ′八〇 △

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一方向に長尺でかつ該一方向に対して垂直方向にた
   わみ変形可能な第１の基体と、この第１の基体から上記
   垂直方向に沿って延出されかつ該垂直方向及び上記一方
   向に直交する方向の剛性が低くなるように配置された第
   ２の基体と、上記第１の基体を固定体に支持させる支持
   体と、上記第１の基体に組付けられてこれをたわみ振動
   させる第１の圧電変換素子、及び該たわみ振動を検出す
   るための第２の圧電変換素子と、上記第２の基体に組付
   けられて上記垂直方向を軸とする軸回りの入力角速度を
   検出するための第３の圧電変換素子とを備えた角速度計
   であって、上記第１の基体と第２の基体は、第１の基体
   に発生された上記たわみ振動を第２の基体に増幅して伝
   達する弾性連結部を介して結合したことを特徴とする角
   速度計。 ２　上記弾性連結部は、第１の基体の両端部を折り返し
   た延出部として形成され、この折り返し延出部の先端に
   第２の基体を結合させたことを特徴とする請求項１に記
   載した角速度計。 ３　上記折り返し延出部と第２の基体が一体成形品であ
   ることを特徴とする請求項２に記載した角速度計。 ４　上記第２の基体が、折り返し延出部に対して折り曲
   げ又はねじり加工で成形されたものであることを特徴と
   する請求項３に記載した角速度計。 ５　上記第２の基体が、第１の基体の中心を含む平面内
   に位置することを特徴とする請求 項１ないし４のいずれかに記載した角速度 計。 ６　上記第２の基体が、第１の基体に対して上記垂直方
   向の両側に対称配置されることで、これら第１の基体と
   第２の基体がＨ型をなすこと特徴とする請求項１ないし
   ５のいずれかに記載した角速度計。 ７　第２の基体の先端に、該基体端部を折り曲げた集中
   質量部が設けられていることを特徴とする請求項１ない
   し６のいずれかに記載した角速度計。