JPH0612971U - 角加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 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ため、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角加速度センサ。

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】 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ことが好ましい 。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称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２２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２ ２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に対向させて時期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１０に入力される。この差動アンプ １０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１１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 永久磁石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 (2)

【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、 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。
2. 【請求項２】 請求項１において、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られている角加
   速度センサ。