JPH03105255A - 加速度測定装置 - 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 本発明は、例えばカメラのぶれ量を検出することが可能
な加速度センサを備えた加速度測定装置に関する。

従来の技術 従来、物体の回転プレ角度或いは振動の微小変位等の加
速度を検出するための手段として加速度センサが用いら
れている。その一例として、特開昭６３−１２５９２３
号公報に『カメラ」として開示されているものがある。

これは、カメラに一軸の加速度センサを複数個配置した
光電式変位測定器を用いることによって、加速度が加速
度センサに働くと、振り子に慣性力が働き、これにより
振り子は加速度方向と反対方向に動くためその振リ角を
光学的に検出することができ、これによりカメラの角度
ぶれを検出することができるものである。

発明が解決しようとする課題 上述したような加速度センサを使用した場合、物体の傾
斜によっても可動部が動くため、傾斜角による出力と加
速度による出力とを分離することができず、これにより
角加速度を求める二とができないので、カメラの角度ぶ
れを正確に検出することができない。また、１つの運動
に対しては最低２個のセンサを必要とするので、カメラ
のぶれで主要な原因をしめるカメラの上下、左右の運動
、ピッチング（回転運動）による加速度を検出するには
通常６個のセンサが必要となり、このため光学的なスペ
ースを考慮した場合、実施が困難となる。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、本発明は
、起歪体の中心部と周辺部とのいずれか一方を固定部と
し他方を負荷質量を有する作用部とし、前記中心部と前
記周辺部との間の検出面に歪検出素子が形成された少な
くとも２軸方向の加速度を検出できる加速度センサを備
えた加速度測定装置において、加速度測定を行う被測定
物に前記加速度センサを少なくとも２個以上設け、その
少なくとも１個の前記加速度センサの前記負荷質量の中
心軸が前記被測定物の回転軸と略一致して配設され、そ
の回転軸と略一致して配設された前記加速度センサの前
記中心軸と直角方向に負荷質量の中心軸を一致させて他
の少なくともｌ個の前記加速度センサを配設し、これら
複数個の加速度センサにより得られた信号出力をもとに
加速度のみを分離して測定する加速度演算処理部を設け
た。

作用 これにより、負荷質量の中心軸が被測定物の回転軸と略
一致して配設された加速度センサと、この加速度センサ
と直角方向に配設された加速度センサとにより検出され
た信号出力を加速度演算処理部に送ることによって、そ
の検出された信号出力のうち傾斜角と分離して加速度の
測定のみを行うことが可能となる。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は、本加速度測定装置に用いられる加速度センサ
の構成を示したものである。この場合、起重体１の中心
部１ａは作用部とされ、周辺部１ｂは固定部とされてい
る。前記中心部１ａの下方には負荷質量２（以下、ロツ
ドと呼ぶ）が取付けられており、前記周辺部１ｂは台座
３に固定されている。また、前記中心部１ａと前記周辺
部１ｂとの間には、肉厚の薄い検出面としてのダイヤフ
ラム４が形成されており、とのダイヤフラム４の表面に
は歪検出素子５が形成されている。第３図（ｂ）はその
歪検出素子５の配設状態を示したものであり、Ｘ軸方向
の成分力を検出するＲｘ，，　　Ｒｘ，，Ｒ　ｘ，　，
　Ｒ　ｘ４、Ｙ軸方向の成分力を検出するＲｙ、，Ｒｙ
８，Ｒｙ３，Ｒｙ，、Ｚ軸方向の成分力を検出するＲ　
ｚ，，Ｒｚ，，　Ｒｚ，，　Ｒｚ，，　Ｒｚ，，　ＲＺ
，，　ＲＺ，，ＲＺ，がそれぞれ配設されている。

そして、このように形成された加速度センサは、第１図
に示すように、その少なくとも１個の加速度センサ６ａ
の前記ロツド２の中心軸Ａが被測定物７の回転軸Ｂと略
一致して配設され、その回転軸Ｂと略一致して配設され
た加速度センサ６ａの中心軸Ａと直角方向にロツド２の
中心軸Ａを一致させて他の少なくともｌ個の加速度セン
サ６ｂが配設されている。また，これら複数個の加速度
センサ６ａ，６ｂにより得られた信号出力をもとに加速
度のみを分離して測定する加速度演算処理部８（第９図
、第１０図）が設けられている。

このような構成において、第４図に示すように、ダイヤ
フラム４に力Ｆｚ、或いは回転力Ｍが加わった時の起歪
体１の変形の様子を示す。このような変形に基づいて各
成分力が検出される様子を第１表にまとめた。

次に、２個の加速度センサ６ａ，６ｂを用いた具体例を
第１図及び第２図に基づいて説明する。

被測定物７の重心○を原点とする直交座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ
において、加速度センサ６ａはＸ軸と直交する平面内に
あり、そのロツド２の形成方向はＸ軸方向に一致してお
り、一方、加速度センサ６ｂはＹ軸と直交する平面内に
あり、そのロッド２の形成方向はＹ軸方向と一致してい
るとする。また、加速度センサ６ａからＹ軸までの距離
をｒａ、加速度センサ６ｂからＸ軸までの距離をｒｂと
する。

そこで、このような各種条件のもとに、第一の具体例と
して、力Ｆにより直線運動を開始した被測定物７の加速
度の測定方法について述べる。加速度センサ６ａのダイ
ヤフラム４は、加速度が働くと、負荷質量２に働く慣性
力によりわずかに歪が生じ、その歪をダイヤフラム４上
に形成された歪検出素子５により検出し、これにより加
速度の測定を行うことができる。しかし、ロツド２と起
歪体１とのなすたわみ角は、例えば、第１図において，
加速度センサ６ａに鉛直軸方向にＩＧ程度の加速度が加
わった時には、０．０　１’　　程度であり無視するこ
とができる。今、ロッド２にかかる慣性力ｍαの成分力
をｍαｘ．　ｍαｙ，ｍα２とし、ロツド軸方向をＸ軸
と一致させたとする。この時、ｍａｙ，ｍｃｔｚにより
、各々、Ｚ．Ｙ軸回りの回転力により起歪体１がわずか
に歪むので、その歪を歪検出素子５により検出すること
ができる。なお、Ｘ軸方向の運動に関しては、歪検出素
子５の回路構成上、加速度センサ６ａはＸ軸方向（ロッ
ド軸方向）の感度を持たないので、成分力ｍａｘは測定
することができない。この場合、各運動状態を整理して
示すと以下のようになる。

〔Ｚ軸方向の運動〕

例えば、加速度センサ６ａに着目すると、第５図に示す
ように、慣性力ｍα２はロッド２に対して垂直にかかる
力とみなせるので、センサ出力Ｖｚは、 Ｖｚ＝ＫＩ１ｍ●ｒＳ　（αｚ十Ｇ） が成立する。

Ｋ：加速度センサの一軸方向の感度 ｍ：加速度センサの質量 ｒｓ二ロッドの根本から重心までの距離Ｇ：重力加速度 従って、 αｚ＝（Ｖｚ／ＫＮｍ−　ｒｓ）−Ｇ　　・＝　（１）
となる。

〔Ｙ軸方向の運動〕

加速度センサ６ａのＹ方向には重力は影響しないので、
センサ出力ｖｙは、 ｖｙ＝Ｋ●ｍ●ｒｓ●αｙ が成り立つ。従って、 αｙ＝Ｖｙ／Ｋ　−　ｍ　ｊｒ　ｓ　　　−　（２）と
なる。

〔Ｘ軸方向の運動〕

ここで、加速度センサ６ｂに着目すると、センサ出ノ７
Ｖｘは、 ■Ｘ＝Ｋ−ｍ−ｒＳｌαＸ が成り立つ。従って、 αｘ＝Ｖｘ／Ｋ●ｍＩｒｓ　　　−（３）となる。

上述したように、力Ｆにより生じる被測定物７の直線運
動の加速度αＸ，αｙ，　Ｏｚは、加速度センサ６ａ，
６ｂのセンサ出力を測定すれば、（１）、（２）、（３
）により求めることができる。

次に、第二の具体例として，力Ｆにより回転運動を開始
した被測定物７の加速度の測定方法について述べる。

〔Ｙ軸回りの回転〕

今、原点○で静止している被測定物７に回転力Ｍｙが加
わった時のことを考える。加速度センサ６ａは傾斜計と
しても働くので、一般にその出力は傾斜角による項と加
速度による項との和で表される。この時、 βｙ＝ｄ２０／ｄｔ！ で定まる角加速度βｙによる慣性ツＪｍｒａβｙ（厳密
には、ｍ（ｒａ十ｒｓ）βｙであるが、通常、ｒａ）＞
ｒｓであるのでｒａβｙで近似できる）が加速度センサ
６ａのおもりにかかり、前述した第一の例と同様に起歪
体ｌに回転力ｍｒａβｙｒｓが働く。従って、加速度セ
ンサ６ａの出力は、Ｖａ　ｙ＝０ Ｖａ　ｚ＝Ｋ−ｍ−ｒ　ｓ（ｒａβｙ＋Ｇｃｏｓθ）で
表すことができる。

一方、加速度センサ６ｂではロッド２の軸がＹ軸と一致
しているためＹ軸回りの角加速度βｙには感度を持たな
いが、傾きθは第６図に示すようにｘ，Ｚ軸方向に回転
力を生じる。

従って、加速度センサ６ｂの出力は、 Ｖｂｘ＝ＫＩＩｍｒｓ−Ｇｓｉｎθ ■ｂｚ＝Ｋ−ｍｒＳ−ＧＣＯＳθ となる。これにより、この位置では加速度センサ出力は
回転運動に依存せず、単にその傾斜角に依存しているこ
とがわかる。これにより、βｙ−　（Ｖａｚ−Ｖｂｚ）
／ＫＮｍｒｓ　１ｒａ（４） 〔Ｚ軸回りの回転〕 βｚ＝Ｖｂｘ／Ｋ−ｍｒｓ−ｒｂ−（５）〔Ｘ軸回りの
回転〕 Ｙ軸回りの回転と同様に、 βｘ＝　（Ｖｂｚ−Ｖａｚ）／Ｋ−ｍｒｓ　ｊｒｂ・・
・（６） また、第７図（ａ）（ｂ）は２軸加速度センサ６ａ，６
ｂの加速度αＸ、αｙに対する実際の測定結果を示した
ものである。この結果、Ｘ，Ｙ軸方向の検出感度の違い
は０．２％以下であり、しかも、Ｘ．Ｙ軸方向の検出感
度の干渉は１％以下であった。従って、このように本加
速度センサを用いることによって、加速度の測定を精度
良く検出することができる。

次に、カメラに本加速度センサを用いた具体的な実験例
について説明する。第８図はカメラ９の模式図を示した
ものである。この図より、フィルムの送り方向をＸｏ軸
、撮影レンズの光軸方向をＺｏ軸、Ｘｏ，Ｚｏ軸に直交
した方向をＹｏ軸とし、カメラの重心位置を座標原点と
する。また、Ｘｏ軸回りの回転角をθｘｏとする。

この場合、カメラぶれはレリーズを押すことで生じると
思われるので、ぶれはカメラ９の保持方法に依存する。

ここでは、カメラ本体を例えば右手の中指、薬指、小指
で握り、後ろから親指で保持し、左手でカメラ左端を軽
く押え、右手人差指でレリーズを押す一般的な場合を考
える。この時、主として、Ｘｏ−Ｙｏ平面での運動とＺ
ｏ軸方向のピッチングによりカメラ９がぶれると考えら
れるので、以下、この運動の加速度を求め更にぶれ量を
導いてみる。なお、ピッチングの回転軸Ｂは必ずしもＸ
Ｏ軸とは限らないが、ここでは近似的にＸＯ軸回りの回
転とみなす。

そこで、今、カメラ９を慣性系の座標軸に対して角度θ
だけ傾けて保持している静止状態（１＝Ｏ）から力Ｆに
より運動する際のぶれ量を導出する場合を考える。第８
図に示すように、２個の加速度センサ６ａ，６ｂのうち
、加速度センサ６ａのロツドはＺｏ軸方向に一致させ、
回転軸Ｂ（Ｘｏ軸）からの距離をｒａとし、加速度セン
サ６ｂのロッド軸はカメラ９のＸｏ軸と一致させる。ま
た、カメラ９の保持の形から一番起こりそうなＸＯ軸方
向の角度ぶれとＸｏ−Ｙ○平面での運動が同時に起こる
場合を考える。この時の第８図の加速度センサ６ａ，６
ｂでのセンサ出力の様子を第２表に示す。なお、センサ
出ノ７単位をＫｍｒｓとする。

従って、各加速度は、 αｘｏ＝Ｖａｘ（ｔ＝ｔ＋）／Ｋｍｒｓαｙｏ＝（Ｖｂ
ｘ（ｔ＝ｔ，）”＋Ｖｂｙ（ｔ＝ｔ，）”｝”−ｃβ＝
（Ｖａｙ（ｔ＝ｔ，）−Ｖｂｙ（ｔ＝ｔ．））／Ｋｍｒ
　ｓ　ｒ　ａと決定することができる。

この加速度から、カメラ９のぶれ量Ｌはカメラ９から像
までの距離をＷ、レンズの焦点距離をｆとすると、 Ｌ＝　　（Ｌ，”＋Ｌ２”）”” ここで、Ｌ　，　＝　ｆｆαｄｔ”−（ｆ／Ｗ）Ｌ．＝
ｆｆｆβｄｔ２ となる。

第９図及び第１０図は、実際にカメラ９に加速度センサ
６ａ，６ｂを搭載して、加速度を測定するための加速度
演算処理部としての加速度演算処理回路８の一例を示し
たものである。第９図はデジタル回路でＣＰＵにより演
算処理を行う場合であり、第１０図はアナログ回路で処
理を行う場合を示したものである。なお、ここで、第１
０図との関係を示しておく。

ｆ？．．　　　Ｋｍｒｓ Ｒ，　　　　Ｋｍｒｓｒａ 加速度からのぶれ量を決定する際にはカメラの速度は無
視できるという仮定をした。速度Ｖ（ｔ，）≠Ｏをもつ
場合はＶｄｔが誤差となるので、この時は、１＝１，で
のカメラ９の速度を測定し、補正する必要がある。しか
しながら、流し撮り、或いは、動いている車中で撮影す
る等の場合には、この方法でぶれ量を求めてしまうと、
かえって写真の像は流れてしまう。従って、手ぶれ補正
においてはカメラの等速運動によるぶれ量は無視した方
がより現実的であり、特に、本発明による加速度測定方
法が有効であるといえる。

発明の効果 本発明は、負荷質量の中心軸が被測定物の回転軸と略一
致して配設された加速度センサと、この加速度センサと
直角方向に配設された加速度センサとにより検出された
信号出力を加速度演算処理部に送ることによって、その
検出された信号出力のうち傾斜角と分離して加速度の測
定のみを行うことが可能となり、これにより、例えばカ
メラのぶれ量の測定に応用して従来に比べ正確な測定を
行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図はその
加速度センサの平面図、第３図（ａ）は加速度センサの
基本的な構成を示す側面図、第３図（ｂ）はその側面図
，第４図は起歪体に力が作用した時の変形の様子を示す
状態図、第５図及び第６図は力が作用し加速度センサが
回転している様子を示す説明図、第７図は加速度とセン
サ出力との関係を示すグラフ、第８図はカメラに本加速
度センサを取付けた時の様子を示す斜視図、第９図及び
第１０図は加速度演算処理部を含めた加速度測定装置の
様子を示す回路図である。 １・・・起歪体、１ａ・・・中心部、１ｂ・・・周辺部
、２・・・負荷質量、５・・・歪検出素子、６ａ，６ｂ
・・・加速度センサ、７・・・被測定物、８・・・加速
度演算処理部、Ａ・・・中心軸、Ｂ・・・回転軸 出　願　人　　　　株式会社　リ　コ　ー二軍 ３ 図 ３ 送 ｌＺ図 二弔 Ｌ４逸 』 ７ 現 （ａ） （ｂ） ４ δ陸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 起歪体の中心部と周辺部とのいずれか一方を固定部とし
   他方を負荷質量を有する作用部とし、前記中心部と前記
   周辺部との間の検出面に歪検出素子が形成された少なく
   とも２軸方向の加速度を検出できる加速度センサを備え
   た加速度測定装置において、加速度測定を行う被測定物
   に前記加速度センサを少なくとも２個以上設け、その少
   なくとも１個の前記加速度センサの前記負荷質量の中心
   軸が前記被測定物の回転軸と略一致して配設され、その
   回転軸と略一致して配設された前記加速度センサの前記
   中心軸と直角方向に負荷質量の中心軸を一致させて他の
   少なくとも１個の前記加速度センサを配設し、これら複
   数個の加速度センサにより得られた信号出力をもとに加
   速度のみを分離して測定する加速度演算処理部を設けた
   ことを特徴とする加速度測定装置。