JPH10115634A - 角速度検出装置 - Google Patents

角速度検出装置

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JPH10115634A
JPH10115634A JP8291114A JP29111496A JPH10115634A JP H10115634 A JPH10115634 A JP H10115634A JP 8291114 A JP8291114 A JP 8291114A JP 29111496 A JP29111496 A JP 29111496A JP H10115634 A JPH10115634 A JP H10115634A
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JP
Japan
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magnetic field
external magnetic
angular velocity
circuit
signal
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Application number
JP8291114A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Takahashi
伴幸 高橋
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度であって低コストで、しかも外部衝撃
に強い角速度検出装置を提供すること。 【解決手段】 互いに直交する複数の外部磁界検出素子
111と、前記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁
界検出素子からの信号を検出する駆動検出回路12a
と、前記駆動検出回路からの信号に基づいて、複数の回
転軸の角速度を演算し出力する演算出力回路12bとを
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、物体の運動検出
や姿勢制御を行う際に使用する角速度検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来の角速度検出装置としては、例えば
圧電振動型角速度検出装置が知られている。これは振動
している物体に回転を加えることにより、その振動方向
に対して直角方向に発生する角速度に応じた力、いわゆ
るコリオリの力を利用したものである。
【0003】即ち、この圧電振動型角速度検出装置は、
回転が加わっていない状態では、振動子に貼り合わされ
ている励振用圧電セラミックスによって一方向に励振す
る。この励振状態の振動子の中心軸に回転が加わると、
励振方向に対して直角方向にコリオリの力が発生する。
そして、このコリオリの力を検出用圧電セラミックスに
よって検出することにより、角速度を検出するものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の圧電振動型角速度検出装置は、振動子や圧電素
子の形状のバラツキ、振動子と圧電素子との接着位置の
バラツキ等によって特性がかなり変化してしまうことか
ら、これらを高精度で管理する必要が生じ、高精度で低
コストな装置とすることが困難であるという問題があっ
た。また、圧電素子等のセラミックスを用いていること
から、外部衝撃に弱いという問題があった。
【0005】この発明は、以上の点に鑑み、高精度であ
って低コストで、しかも外部衝撃に強い角速度検出装置
を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明に
よれば、互いに直交する複数の外部磁界検出素子と、前
記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁界検出素子か
らの信号を検出する駆動検出回路と、前記駆動検出回路
からの信号に基づいて、複数の回転軸の角速度を演算し
出力する演算出力回路とを備えることにより達成され
る。
【0007】上記構成によれば、検出媒体として外部磁
界を利用しており、被検出物体と外部磁界との相対的な
角度変化を演算し、これに時間要素を取り入れることに
より、角速度を演算し出力することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を添付図を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に述
ベる実施形態は、この発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発
明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの形態に限られるもので
はない。
【0009】図1は、この発明による角速度検出装置の
実施形態を示す概略ブロック図であり、図2は、その詳
細例を示す概略ブロック図である。この角速度検出装置
10は、外部磁界検出素子で成る磁気検出部11及びこ
の磁気検出部11を駆動して角速度を演算する駆動検出
・演算出力回路12を備えている。
【0010】磁気検出部11を構成する外部磁界検出素
子111は、例えば、マグネットインピーダンス(M
I)素子や磁気抵抗素子等が用いられ、X軸、Y軸、Z
軸に平行に3つ配置されることにより3次元的な回転を
検出することができるようになっている。
【0011】駆動検出・演算出力回路12は、波形検出
回路121、Vref122、OSC(発振回路)12
3、加算回路124及び加算駆動回路125から成る駆
動検出回路12a並びにワンチップマイクロプロセッサ
126から成る演算出力回路12bが備えられており、
磁気検出部11を構成する外部磁界検出素子111を駆
動して外部磁界検出素子111からの信号により角速度
を演算することができるようになっている。
【0012】このような構成において、その動作例を説
明する。先ず、OSC(発振回路)123の発振信号
が、加算回路124を介して加算駆動回路125に入力
されると、加算駆動回路125の駆動信号が、外部磁界
検出素子111に出力されて外部磁界検出素子111が
駆動される。
【0013】ここで、OSC(発振回路)123からの
発振信号は、MI素子を用いた外部磁界検出素子111
のインピーダンスを検出するための交流信号である。こ
の外部磁界検出素子111の外部磁界Hに対するインピ
ーダンスを電圧Vとして検出したとき、検出されるイン
ピーダンス(電圧V)は、図3(A)で示すように変化
する。
【0014】なぜならば、外部磁界検出素子111に同
図(B)に示すような外部磁界Heが加わると、その外
部磁界Heと外部磁界検出素子111との成す角θのc
os成分に相当する影響を外部磁界検出素子111は受
けることとなる。この影響により、検出されるインピー
ダンス(電圧V)は変化するのである。
【0015】よって、外部磁界検出素子111で検出さ
れたX軸、Y軸、Z軸の外部磁界の信号が、波形検出回
路121に入力されてその波形が検出され、検出電圧V
oがワンチップマイクロプロセッサ126のA/D変換
部に入力される。
【0016】ところで、図3(A)で示されるように、
インピーダンス(電圧V)は、外部磁界Hの大きさが0
のときに最大値となり、外部磁界Hの大きさが所定値ま
で大きくなる間は略最大値を保ち、外部磁界Hの大きさ
がその所定値を越えて大きくなると急に小さくなり、外
部磁界Hの大きさが更に大きくなるにつれて緩やかに小
さくなるという特性がある。
【0017】従って、地磁気程度の小さな外部磁界が加
わっても、インピーダンス(電圧V)は十分に変化しな
いので、その外部磁界を検出することは不可能となる。
即ち、例えば外部磁界Hecosθが加わると、波形検
出回路121からの検出電圧Voはaに示すように変化
する。この変化は、図からも明らかなように、リニアリ
ティが良好でないため、高精度な磁界検出は難しい。
【0018】そこで、上記特性の急変する部分にオフセ
ット磁界を与えることにより、地磁気程度の小さな外部
磁界を検出することが可能となる。即ち、bに示すよう
に外部磁界Hecosθに対し向きが反対で大きさが等
しい内部磁界Hiを与えて外部磁界Hecosθをキャ
ンセルすることにより、検出電圧Voはcに示すように
変化する。
【0019】よって、ワンチップマイクロプロセッサ1
26のA/D変換部にて、検出電圧VoがVref12
2からの参照電圧Vrefと比較され、Vo=Vref
となるように外部磁界キャンセル用電圧VdがD/A変
換部から出力され、内部磁界が与えられる。
【0020】この外部磁界キャンセル用電圧Vdから、
X軸、Y軸、Z軸の単位時間当たりの角度変化及び角速
度が演算されてXYZ角度情報及びX軸角速度、Y軸角
速度、Z軸角速度として外部に出力される。尚、このV
ref122からの参照電圧Vrefは、高精度とする
ためにワンチップマイクロプロセッサ126に加えられ
る既定電圧である。
【0021】ここで、ワンチップマイクロプロセッサ1
26のA/D変換部にて、検出電圧VoがVref12
2からの参照電圧Vrefと比較されたとき、Vo<V
refの場合は、D/A変換部から出力される外部磁界
キャンセル用電圧Vdが増加され、外部磁界検出素子1
11に加わる内部磁界も増加される。
【0022】この内部磁界の増加により、検出電圧Vo
も増加される。この制御は徐徐に行われ、Vo=Vre
fとなるまで外部磁界キャンセル用電圧Vdは増加され
る。このときの外部磁界キャンセル用電圧Vdの増加分
が、外部磁界に比例する。従って、外部磁界をキャンセ
ルさせるように発生させた外部磁界キャンセル用電圧V
dにより、外部磁界を知ることができる。
【0023】一方、ワンチップマイクロプロセッサ12
6のA/D変換部にて、検出電圧VoがVref122
からの参照電圧Vrefと比較されたとき、Vo>Vr
efの場合は、D/A変換部から出力される外部磁界キ
ャンセル用電圧Vdが減少され、外部磁界検出素子11
1に加わる内部磁界も減少される。
【0024】この内部磁界の減少により、検出電圧Vo
も減少される。この制御は徐徐に行われ、Vo=Vre
fとなるまで外部磁界キャンセル用電圧Vdは減少され
る。このときの外部磁界キャンセル用電圧Vdの減少分
が、外部磁界に比例する。従って、外部磁界をキャンセ
ルさせるように発生させた外部磁界キャンセル用電圧V
dにより、外部磁界を知ることができる。尚、このとき
の外部磁界の方向は、Vo<Vrefのときとは逆方向
となる。
【0025】そして、加算回路124にて、OSC(発
振回路)123からの発振信号から、ワンチップマイク
ロプロセッサ126のD/A変換部からの外部磁界キャ
ンセル用電圧Vdが減算されて加算駆動回路125に入
力され、上述した処理が繰り返される。
【0026】以上述べた方法は、インピーダンス(電圧
V)の変化を磁界変化として検出するのではなく、あく
までも外部磁界をキャンセルするための内部磁界の大き
さにより検出するので、非常にリニアリティの良好な磁
界検出を可能とする。また、リニアリティのある外部磁
界検出素子を必要とせずに高精度な磁界検出が可能とな
る。
【0027】以上のように、外部磁界検出素子111を
3つ組み合わせることにより、各外部磁界検出素子11
1が構成する平面が3つできるので、3軸の回転を求め
ることができる。そして、これらに時間要素を加えるこ
とにより、各軸周りの角速度を求めることができる。
【0028】また、ワンチップマイクロプロセッサ12
6を用いているので、演算プログラム等により角速度を
容易に演算することができる。そして、演算結果の出力
として、例えぱパラレル出力とすることにより、他のデ
ジタル素子とのインターフェースを容易にすることがで
きる。また、シリアル出力とすることにより、少信号線
でデジタル素子とのインターフェースを容易にすること
ができる。
【0029】また、PWM(Pulse Width
Module)出力とすることにより、この出力を後段
で、あるいは内蔵した積分回路等により平滑化するだけ
で、例えば角速度出力に応じたアナログ電圧を得ること
ができる。さらに、上述の各出力形態を併装することに
より、多様なデバイスとのインターフェースを容易に
し、回路設計の自由度を高めることができる。
【0030】尚、外部磁界検出素子111は、軸の回転
を外部磁界を検出することによって求めることができる
ものであれば良く、例えばフラックスゲート型等の方式
を用いたものでも良い。また、外部磁界検出素子111
を2つ組み合わせることにより、各外部磁界検出素子が
構成する平面に対して直角な軸の回転を求めてこの軸周
りの角速度を求めることができる。さらに、外部磁界検
出素子111は、3つ以上の複数でも良く、それらの検
出結果を総合して適切に演算することによって、知りた
い回転軸に対応した角速度を求めることができる。
【0031】上述した外部磁界検出素子で成る磁気検出
部11及びこの磁気検出部11を駆動して角速度を演算
する駆動検出・演算出力回路12に、駆動検出・演算出
力回路12からの信号に基づいて手振れを補正する補正
手段を加えることにより、例えばビデオカメラ等に使用
可能な手振れ補正装置を構成することが可能である。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれぱ、
形状等のバラツキ等の高精度な管理を必要とせずに、高
精度でかつ低コストの装置を提供することができ、ま
た、セラミックス等を用いていないので、外部衝撃に対
して強い装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による角速度検出装置の実施形態を示
す概略ブロック図。
【図2】図1に示す角速度検出装置の詳細例を示す概略
ブロック図。
【図3】図1に示す角速度検出装置の動作波形例を示す
図。
【符号の説明】
10・・・角速度検出装置、11・・・磁気検出部、1
2・・・駆動検出・演算出力回路、111・・・外部磁
界検出素子、121・・・波形検出回路、122・・・
Vref、123・・・OSC(発振回路)、124・
・・加算回路、125・・・加算駆動回路、126・・
・マイクロプロセッサ、12a・・・駆動検出回路、1
2b・・・演算出力回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直交する複数の外部磁界検出素子
    と、 前記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁界検出素子
    からの信号を検出する駆動検出回路と、 前記駆動検出回路からの信号に基づいて、複数の回転軸
    の角速度を演算し出力する演算出力回路とを備えたこと
    を特徴とする角速度検出装置。
  2. 【請求項2】 前記外部磁界検出素子が、コイルを巻回
    したマグネットインピーダンス素子である請求項1に記
    載の角速度検出装置。
  3. 【請求項3】 外部磁界を相殺するように前記外部磁界
    検出素子に内部磁界を与え、前記内部磁界を発生させる
    ための信号の大きさを基に前記外部磁界の大きさを検出
    するようにした請求項1に記載の角速度検出装置。
  4. 【請求項4】 前記演算出力回路の出力が、パラレル出
    力である請求項1に記載の角速度検出装置。
  5. 【請求項5】 前記演算出力回路の出力が、シリアル出
    力である請求項1に記載の角速度検出装置。
  6. 【請求項6】 前記演算出力回路の出力が、PWM出力
    である請求項1に記載の角速度検出装置。
  7. 【請求項7】 互いに直交する複数の外部磁界検出素子
    と、 前記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁界検出素子
    からの信号を検出する駆動検出回路と、 前記駆動検出回路からの信号に基づいて、前記外部磁界
    検出素子に加わる外部磁界の方向の時間変化あるいは時
    間変化率を演算し、複数の回転軸の角速度を演算し出力
    する演算出力回路とを備えたことを特徴とする角速度検
    出装置。
  8. 【請求項8】 互いに直交する複数の外部磁界検出素子
    と、 前記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁界検出素子
    からの信号を検出する駆動検出回路と、 前記駆動検出回路からの信号に基づいて、複数の回転軸
    の角速度を演算し出力する演算出力回路と、 前記演算出力回路からの信号に基づいて、手振れ補正を
    行う補正手段とを備えたことを特徴とする手振れ補正装
    置。
  9. 【請求項9】 被写体を撮影するカメラであって、 互いに直交する複数の外部磁界検出素子と、 前記外部磁界検出素子を駆動して前記外部磁界検出素子
    からの信号を検出する駆動検出回路と、 前記駆動検出回路からの信号に基づいて、複数の回転軸
    の角速度を演算し出力する演算出力回路と、 前記演算出力回路からの信号に基づいて、手振れ補正を
    行う補正手段とを備えたことを特徴とする手振れ補正装
    置付きカメラ。
JP8291114A 1996-10-14 1996-10-14 角速度検出装置 Pending JPH10115634A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007099599A1 (ja) * 2006-02-28 2007-09-07 Aichi Micro Intelligent Corporation 磁気式ジャイロ
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