(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成でありながら、重力加速度の影響が補正された物理量を検出可能な物理量検出装置、手ぶれ補正装置及びカメラを提供すること。【解決手段】物理量検出装置１は、第１の周波数信号９０６を出力する第１の発振部１０、第２の周波数信号９０８を出力する第２の発振部２０、第２の発振部２０に対する発振制御電圧９０４を生成する発振制御部５０、第１、第２の周波数信号の位相差を検出して速度検出信号９０２を生成する速度検出部４０、物理量検出信号９１０を生成する検出信号生成部３０を含む。第１、第２の振動子の少なくとも一方は発振周波数が変化する加速度検出素子であり、発振制御部は、制御信号９１２に基づいて、第２の周波数信号の周波数を第１の周波数信号の周波数と一致させるように発振制御電圧を生成するか保持するかを選択し、検出信号生成部は、保持された発振制御電圧と速度検出信号に基づいて物理量検出信号を生成する。【選択図】図１
2010271169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出装置であって、
第１の振動子と、前記第１の振動子を発振させる第１の発振駆動部と、を含み、第１の振動子の発振周波数と対応づけられた周波数を有する第１の周波数信号を出力する第１の発振部と、
第２の振動子と、前記第２の振動子を発振させるとともに発振制御電圧に基づいて前記第２の振動子の発振周波数を調整可能に構成された第２の発振駆動部と、を含み、前記第２の振動子の発振周波数と対応づけられた周波数を有する第２の周波数信号を出力する第２の発振部と、
前記第２の発振駆動部の前記発振制御電圧を生成する発振制御部と、
前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号の位相差を検出し、検出した位相差に応じた電圧レベルの速度検出信号を生成する速度検出部と、
前記速度検出信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、
前記第１の振動子及び前記第２の振動子の少なくとも一方は、
印加された加速度に応じて発振周波数が変化する加速度検出素子であり、
前記発振制御部は、
所定の制御信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周波数を前記第１の周波数信号の周波数と一致させるように前記速度検出信号の電圧値に応じた前記発振制御電圧を生成するか、又は前記発振制御電圧を保持するかを選択し、
前記検出信号生成部は、
保持された前記発振制御電圧と前記速度検出信号に基づいて前記物理量検出信号を生成することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の発振部及び前記第２の発振部は、
当該物理量検出装置が静止している状態における前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号の位相差が９０°になるように前記第１の振動子及び前記第２の振動子をぞれぞれ発振させることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の振動子及び前記第２の振動子は、
いずれも前記加速度検出素子であり、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されていることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第１の発振部は、
前記第１の振動子を発振させる駆動信号を所定の分周比で分周する第１の分周器を含み、前記第１の分周器が分周した信号を前記第１の周波数信号として出力し、
前記第２の発振部は、
前記第２の振動子を発振させる駆動信号を前記分周比で分周する第２の分周器を含み、前記第２の分周器が分周した信号を前記第２の周波数信号として出力することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記発振制御電圧を外部に出力するための端子を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記検出信号生成部は、
保持された前記発振制御電圧を基準として前記速度検出信号を積分することにより移動距離を表す前記物理量検出信号を生成することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の物理量検出装置と、
マクロ撮影時において、前記制御信号を生成するとともに、前記物理量検出信号に基づいて手ぶれ量を計算し、計算した手ぶれ量に基づいて、撮影用光学部品を駆動するアクチュエーターを制御する制御装置と、を含むことを特徴とする手ぶれ補正装置。
【請求項８】
請求項７に記載の手ぶれ補正装置と、
撮影用光学部品と、
前記手ぶれ補正装置の制御に基づいて前記撮影用光学部品を駆動するアクチュエーターと、を含むカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出装置、手ぶれ補正装置及びカメラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の速度や移動距離等の物理量を検出するために、用途に応じて様々なセンサーが用いられている。例えば、送波器から信号反射面に向けてパルス変調された送波信号を出射し、信号反射面で散乱された送波信号を各受波器で受信して、ドップラー効果によって生じた周波数差等から移動体の走行速度を検出する速度センサーが知られている。
【０００３】
この速度センサーに対し、特許文献１の速度センサーは送波信号を必要とせず、少なくとも一方が加速度検出片である２つの周波数信号発生源からの信号に基づいて、より簡単な構成で速度を検出することができるという利点を有する。また、特許文献１の速度センサーが検出した速度を積分すれば移動距離が得られるため、特許文献１の速度センサーを応用して簡単な構成の移動距離センサーを実現することも可能であり、従来にない新たな用途への利用も考えられる。
【０００４】
例えば、カメラの手ぶれ補正には一般に角速度センサーを用いて移動距離を検出する方法が利用されているが、この種の手ぶれ補正装置は構成が複雑であり、また、カメラが光軸に対して回転せずに平行移動するような手ぶれを有効に補正することが困難である。特に、マクロ撮影時には、回転方向の手ぶれよりも平行移動方向手ぶれの方が影響が大きく、角速度センサーのみで精度の高い手ぶれ補正を実現することは困難である。
【０００５】
一方、マクロ撮影では、構図を決めて被写体にピントを合わせてから撮影が行われるため、被写体にピントが合わされた後の手ぶれを補正できればよい。従って、被写体にピントが合わされた後のカメラの移動距離のみ正確に検出できればよい。
【０００６】
このようなマクロ撮影時における平行移動方向の手ぶれを補正する目的では、被写体にピントが合った後の手ぶれによる移動距離を検出可能なセンサーがあればよく、特許文献１の速度センサーを応用した移動距離センサーを利用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の速度センサーでは、加速度検出片による加速度の検出方向が水平面と平行でなければ、重力加速度の影響を受けて検出精度が劣化する可能性があり、マクロ撮影時の手ぶれ補正のように高い検出精度が要求される用途にそのまま利用することは難しい。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、比較的簡単な構成でありながら、重力加速度の影響が補正された物理量（速度、移動距離、加速度等）を検出可能な物理量検出装置、手ぶれ補正装置及びカメラを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、所定の物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出装置であって、第１の振動子と、前記第１の振動子を発振させる第１の発振駆動部と、を含み、第１の振動子の発振周波数と対応づけられた周波数を有する第１の周波数信号を出力する第１の発振部と、第２の振動子と、前記第２の振動子を発振させるとともに発振制御電圧に基づいて前記第２の振動子の発振周波数を調整可能に構成された第２の発振駆動部と、を含み、前記第２の振動子の発振周波数と対応づけられた周波数を有する第２の周波数信号を出力する第２の発振部と、前記第２の発振駆動部の前記発振制御電圧を生成する発振制御部と、前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号の位相差を検出し、検出した位相差に応じた電圧レベルの速度検出信号を生成する速度検出部と、前記速度検出信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の少なくとも一方は、印加された加速度に応じて発振周波数が変化する加速度検出素子であり、前記発振制御部は、所定の制御信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周波数を前記第１の周波数信号の周波数と一致させるように前記速度検出信号の電圧値に応じた前記発振制御電圧を生成するか、又は前記発振制御電圧を保持するかを選択し、前記検出信号生成部は、保持された前記発振制御電圧と前記速度検出信号に基づいて前記物理量検出信号を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の物理量検出装置では、加速度検出素子の検出方向に働く重力加速度成分の大きさや向きによらず、発振制御電圧を保持するまでは第１の周波数信号の周波数と第２の周波数信号の周波数が一致するため、これら２つの周波数信号の位相差は一定である。そして、発振制御電圧が保持された後は、加速度検出素子の周波数変化に応じて第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差が変化する。そのため、発振制御電圧が保持された後、加速度検出素子の検出軸方向に働く重力加速度成分の大きさや向きが変化しない方向に移動すれば、第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差に基づいて速度を検出することができるし、検出した速度に基づいて移動距離や加速度等を検出することもできる。従って、本発明によれば、比較的簡単な構成でありながら、重力加速度の影響が補正された物理量（速度、移動距離、加速度等）を検出可能な物理量検出装置を実現することができる。
【００１２】
（２）この物理量検出装置において、前記第１の発振部及び前記第２の発振部は、当該物理量検出装置が静止している状態における前記第１の周波数信号と前記第２の周波数信号の位相差が９０°になるように前記第１の振動子及び前記第２の振動子をぞれぞれ発振させるようにしてもよい。
【００１３】
第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えると、誤った検出結果を出力する可能性がある。そこで、本発明の物理量検出装置では、静止状態における第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差を９０°にすることにより、物理量の検出可能範囲を最大にすることができる。
【００１４】
（３）この物理量検出装置において、前記第１の振動子及び前記第２の振動子は、いずれも前記加速度検出素子であり、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されているようにしてもよい。
【００１５】
本発明の物理量検出装置では、第１の振動子と第２の振動子は互いに発振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差の変動範囲がより広くなる。従って、本発明の物理量検出装置によれば、物理量の検出感度をより高くすることができる。
【００１６】
（４）この物理量検出装置において、前記第１の発振部は、前記第１の振動子を発振させる駆動信号を所定の分周比で分周する第１の分周器を含み、前記第１の分周器が分周した信号を前記第１の周波数信号として出力し、前記第２の発振部は、前記第２の振動子を発振させる駆動信号を前記分周比で分周する第２の分周器を含み、前記第２の分周器が分周した信号を前記第２の周波数信号として出力するようにしてもよい。
【００１７】
加速度検出素子の検出感度が高すぎる場合、第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差の変動範囲が０°〜１８０°の範囲を超える可能性がある。本発明の物理量検出装置では、２つの分周器により、第１の振動子及び第２の振動子をそれぞれ発振させる駆動信号を分周して第１の周波数信号及び第２の周波数信号を生成するので、これら２つの周波数信号の位相差の変動範囲を分周比に応じて狭くすることができる。すなわち、本発明の物理量検出装置によれば、加速度検出素子の検出感度が高すぎる場合でも見かけ上の検出感度を低くすることにより、誤った検出結果を出力する可能性を低減することができる。
【００１８】
（５）この物理量検出装置は、前記発振制御電圧を外部に出力するための端子を含むようにしてもよい。
【００１９】
本発明の物理量検出装置によれば、発振制御電圧が安定したか否か（ロックしたか否か）を外部から判断することができる。従って、例えば、当該物理量検出装置に対して、発振制御電圧が安定しているのを確認して発振制御電圧を保持することが可能である。
【００２０】
（６）この物理量検出装置において、前記検出信号生成部は、保持された前記発振制御電圧を基準として前記速度検出信号を積分することにより移動距離を表す前記物理量検出信号を生成するようにしてもよい。
【００２１】
本発明の物理量検出装置によれば、重力加速度の影響を補正した移動距離を検出可能である。
【００２２】
（７）本発明は、上記のいずれかの物理量検出装置と、マクロ撮影時において、前記制御信号を生成するとともに、前記物理量検出信号に基づいて手ぶれ量を計算し、計算した手ぶれ量に基づいて、撮影用光学部品を駆動するアクチュエーターを制御する制御装置と、を含むことを特徴とする手ぶれ補正装置である。
【００２３】
本発明の手ぶれ補正装置によれば、重力加速度の影響を補正した手ぶれ補正を実現可能である。
【００２４】
（８）本発明は、上記の手ぶれ補正装置と、撮影用光学部品と、前記手ぶれ補正装置の制御に基づいて前記撮影用光学部品を駆動するアクチュエーターと、を含むカメラである。
【００２５】
本発明のカメラによれば、重力加速度の影響を補正した手ぶれ補正を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る物理量検出装置のブロック図の一例。
【図２】第１実施例の移動距離検出装置の構成を示す図。
【図３】第１実施例における水晶発振器（ＸＯ）の構成例を示す図。
【図４】第１実施例における電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の構成例を示す図。
【図５】図５（Ａ）は第１実施例における水晶振動子（加速度検出素子）に含まれる加速度検出片の構造を示す図。図５（Ｂ）は第１実施例における水晶振動子（加速度検出素子）の構造を示す図。図５（Ｃ）は第１実施例における水晶振動子（加速度検出素子）の形状変化の一例を示す図。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第１実施例における水晶振動子（加速度検出素子）に対する重力加速度の影響について説明するための図。
【図７】第１実施例の移動距離検出装置の動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図８】第１実施例の移動距離検出装置の動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図９】図９（Ａ）は第２実施例における水晶振動子（加速度検出素子）の構造を示す図。図９（Ｂ）は第２実施例における水晶振動子（加速度検出素子）の形状変化の一例を示す図。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、第２実施例における水晶振動子（加速度検出素子）に対する重力加速度の影響について説明するための図。
【図１１】第２実施例の移動距離検出装置の動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１２】第３実施例の移動距離検出装置の構成を示す図。
【図１３】第３実施例の移動距離検出装置の動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、マクロ撮影時の手ぶれについて説明するための図。
【図１５】本実施形態のカメラの概略ブロック図。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、本実施形態のカメラによるマクロ撮影時の手ぶれ補正について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２８】
１．物理量検出装置
図１は、本実施形態に係る物理量検出装置のブロック図の一例である。
【００２９】
物理量検出装置１は、第１の発振部１０、第２の発振部２０、検出信号生成部３０、速度検出部４０及び発振制御部５０を含む。
【００３０】
第１の発振部１０は、第１の振動子１００と、第１の振動子１００を発振させる第１の発振駆動部１１０とを含み、第１の周波数信号９０６を出力する。
【００３１】
第２の発振部２０は、第２の振動子２００と、第２の振動子２００を発振させる第２の発振駆動部２１０とを含み、第２の周波数信号９０８を出力する。第２の発振駆動部２１０は、発振制御電圧９０４に基づいて第２の振動子２００の発振周波数を調整することができる。
【００３２】
ここで、第１の振動子１００及び第２の振動子２００の少なくとも一方は、加わった加速度に応じて発振周波数が変化する加速度検出素子である。なお、第１の振動子１００及び第２の振動子２００は、例えば、水晶振動子やセラミック振動子、ニオブ酸リチウム振動子、タンタル酸リチウム振動子などの単結晶材料を用いた振動子や、酸化亜鉛圧電薄膜振動子、酸化アルミニウム圧電薄膜振動子などの圧電性薄膜を用いた振動子等のいずれであってもよい。
【００３３】
第１の周波数信号９０６及び第２の周波数信号９０８は、それぞれ第１の振動子１００の発振周波数及び第２の振動子２００の発振周波数と対応づけられた周波数を有する。例えば、第１の周波数信号９０６及び第２の周波数信号９０８は、第１の振動子１００の発振周波数及び第２の振動子２００の発振周波数とそれぞれ等しい周波数を有していてもよいし、それぞれ第１の振動子１００の発振周波数及び第２の振動子２００の発振周波数を所定の分周比で割った周波数を有していてもよい。
【００３４】
速度検出部４０は、第１の周波数信号９０６及び第２の周波数信号９０８を取り込み、これら２つの周波数信号の位相差を検出し、検出した位相差に応じた電圧レベルの速度検出信号９０２を生成して出力する。
【００３５】
検出信号生成部３０は、速度検出信号９０２に基づいて、所定の物理量の大きさを示す物理量検出信号９１０を生成する。ここで、所定の物理量は、例えば、物理量検出装置１の速度、加速度、移動距離等である。
【００３６】
発振制御部５０は、制御信号９１２に基づいて、第２の周波数信号９０８の周波数を第１の周波数信号９０６の周波数と一致させるように速度検出信号９０２の電圧値に応じた発振制御電圧９０４を生成するか、又は発振制御電圧９０４を保持するかを選択する。
【００３７】
物理量検出装置１は、発振制御電圧９０４を外部に出力するための端子６０を含むようにしてもよい。
【００３８】
以下、物理量として移動距離を検出する移動距離検出装置を例にとり、図１に示した物理量検出装置の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００３９】
（第１実施例）
図２は、第１実施例の移動距離検出装置の構成を示す図である。
【００４０】
第１実施例の移動距離検出装置１Ａは、水晶発振器（ＸＯ：Xtal Oscillator）１０ａ、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Xtal Oscillator）２０ａ、積分器３００、減算器３１０、排他的論理和回路４００、低域通過フィルター４１０、フィードバック制御回路５００を含んで構成されている。
【００４１】
水晶発振器（ＸＯ）１０ａは、例えば、図３に示すように、水晶振動子１００ａ及び発振回路１１０ａを含んで構成されている。
【００４２】
本実施例では、水晶振動子１００ａは加速度検出素子として構成されている。そして、発振回路１１０ａに含まれるキャパシター１１１、１１２、抵抗１１３、１１４、インバーター１１５により水晶振動子１００ａを発振させる発振ループが形成され、水晶振動子１００ａは加わった加速度に応じた発振周波数で発振する。そして、水晶振動子１００ａの駆動信号すなわちインバーター１１５の出力信号が出力端子１１を介して周波数信号９０６ａとして出力される。
【００４３】
なお、水晶発振器（ＸＯ）１０ａは、図１で説明した第１の発振部１０に対応し、出力端子１１から出力される周波数信号９０６ａは図１における第１の周波数信号９０６に対応する。また、水晶振動子１００ａ及び発振回路１１０ａは、それぞれ図１で説明した第１の振動子１００及び第１の発振駆動部１１０に対応する。
【００４４】
電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２０ａは、例えば、図４に示すように、水晶振動子２００ａ及び発振回路２１０ａを含んで構成されている。
【００４５】
本実施例では、水晶振動子２００ａは共振周波数が一定の水晶発振子として構成されている。そして、発振回路２１０ａに含まれるキャパシター２１１、２１２、抵抗２１３、２１４、インバーター２１５、バリキャップ２１６により水晶振動子２００ａを発振させる発振ループが形成され、水晶振動子２００ａは所定の発振周波数で発振する。そして、水晶振動子２００ａの駆動信号すなわちインバーター２１５の出力信号が出力端子２１を介して周波数信号９０８ａとして出力される。ここで、バリキャップ２１６は、アノード端子が接地され、カソード端子が抵抗２４を介して入力端子２２と接続されている。従って、入力端子２２から印加される発振制御電圧９０４のレベルに応じてバリキャップ２１６の容量が変動し、その容量の変動に応じて水晶振動子２００ａの発振周波数が変化する。発振制御電圧９０４が高いほどバリキャップ２１６の容量は小さくなり、水晶振動子２００ａの発振周波数は高くなる。逆に、発振制御電圧９０４が低いほどバリキャップ２１６の容量は大きくなり、水晶振動子２００ａの発振周波数は低くなる。
【００４６】
なお、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２０ａは、図１で説明した第２の発振部２０に対応し、出力端子２１から出力される周波数信号９０８ａは図１における第２の周波数信号９０８に対応する。また、水晶振動子２００ａ及び発振回路２１０ａは、それぞれ図１で説明した第２の振動子２００及び第２の発振駆動部２１０に対応する。
【００４７】
図２に示すように、排他的論理和回路４００は、周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差に応じたデューティー比となる位相差信号９１４を生成する。すなわち、排他的論理和回路４００は位相検波器として機能する。
【００４８】
低域通過フィルター４１０は、位相差信号９１４を直流化して速度検出信号９０２ａを生成して出力する。
【００４９】
なお、排他的論理和回路４００及び低域通過フィルター４１０により構成される回路は、図１で説明した速度検出部４０に対応する。
【００５０】
フィードバック制御回路５００は、オペアンプ５０２、抵抗５０４、キャパシター５０６及びアナログスイッチ５０８を含んで構成されている。オペアンプ５０２の出力端子と反転入力端子（−入力端子）が接続されている。また、抵抗５０４がオペアンプ５０２の非反転入力端子（＋入力端子）に接続されており、オペアンプ５０２の非反転入力端子（＋入力端子）とグランドの間にキャパシター５０６が接続されている。さらに、低域通過フィルター４１０の出力端子と抵抗５０４の間にアナログスイッチ５０８が接続されており、スイッチ制御端子６２から供給される制御信号９１２ａの電圧レベルに応じてアナログスイッチ５０８のオン／オフが制御される。本実施例では、制御信号９１２ａが高電位の時はアナログスイッチ５０８がオフし、制御信号９１２ａが低電位の時はアナログスイッチ５０８がオンする。
【００５１】
このような構成のフィードバック制御回路５００では、制御信号９１２ａが低電位の時は、速度検出信号９０２ａの電圧レベルに応じた電荷が抵抗５０４を介してキャパシター５０６にチャージされ、オペアンプ５０２の出力電圧は速度検出信号９０２ａの電圧レベルに等しくなる。そして、このオペアンプ５０２の出力電圧が発振制御電圧９０４ａとして電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２０ａに供給される。
【００５２】
一方、制御信号９１２ａが高電位の時は、アナログスイッチ５０８がオフし、キャパシター５０６に蓄えられた電荷によりアナログスイッチ５０８がオフする直前の発振制御電圧９０４ａが保持される。
【００５３】
本実施例では、発振制御電圧９０４ａは、ロック信号９１８としてモニター端子６８を介して外部からモニターすることができるように構成されている。ロック信号９１８をモニターすることにより、発振制御電圧９０４ａが安定したか否か（ロックしたか否か）を外部から判断することができる。
【００５４】
なお、フィードバック制御回路５００は、図１で説明した発振制御部５０に対応する。また、発振制御電圧９０４ａは、図１で説明した発振制御電圧９０４に対応し、制御信号９１２ａは、図１で説明した制御信号９１２に対応する。また、モニター端子６８は、図１で説明した端子６０に対応する。
【００５５】
積分器３００は、オペアンプ３０２、抵抗３０４、キャパシター３０６及びアナログスイッチ３０８を含んで構成されている。低域通過フィルター４１０の出力端子とオペアンプ３０２の反転入力端子（−入力端子）の間に抵抗３０４が接続されている。また、オペアンプ３０２の非反転入力端子（＋入力端子）には基準電位として発振制御電圧９０４ａが供給される。さらに、オペアンプ３０２の出力端子と反転入力端子（−入力端子）の間にキャパシター３０６及びアナログスイッチ３０８が並列に接続されており、制御信号９１２ａの電圧レベルに応じてアナログスイッチ３０８のオン／オフが制御される。本実施例では、制御信号９１２ａが高電位の時はアナログスイッチ３０８がオフし、制御信号９１２ａが低電位の時はアナログスイッチ３０８がオンする。
【００５６】
このような構成の積分器３００では、制御信号９１２ａが低電位の時は、オペアンプ３０２の出力端子と反転入力端子（−入力端子）がショートされる。そして、オペアンプ３０２の反転入力端子（−入力端子）は非反転入力端子（＋入力端子）と仮想短絡されるので、積分信号９１６の電圧レベルは発振制御電圧９０４ａの電圧レベルと等しい。
【００５７】
一方、制御信号９１２ａが高電位の時は、アナログスイッチ３０８がオフすることにより、積分信号９１６は、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルを基準として速度検出信号９０２ａの極性を反転して積分した電圧レベルになる。
【００５８】
なお、オペアンプ３０２はオフセット調整端子６６の電圧レベルに応じてオフセット電圧を調整可能に構成されていてもよい。
【００５９】
減算器３１０は、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルから積分信号９１６の電圧レベルを減算することにより、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルを基準とする積分信号９１６を所定の基準電位（Ｖｒｅｆ）を基準とする積分信号に変換する。減算器３１０が出力する積分信号は、基準電位Ｖｒｅｆに対する電圧レベルにより移動距離を示す移動距離検出信号９１０ａとしてデータ出力端子６４から出力される。
【００６０】
なお、積分器３００及び減算器３１０により構成される回路は、図１で説明した検出信号生成部３０に対応する。また、移動距離検出信号９１０ａは、図１で説明した物理量検出信号９１０に対応する。
【００６１】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本実施例における水晶振動子１００ａ（加速度検出素子）の一例について説明するための図である。水晶振動子１００ａは、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す双音叉振動片１０１とカンチレバー１０６がパッケージ（図示せず）の内部に気密封止された双音叉振動子として構成される。水晶振動子１００ａとして、優れた安定性と速い応答性を有する双音叉型振動子を使用することで正確な加速度検出を行うことができる。
【００６２】
図５（Ａ）は、双音叉振動片１０１の正面図であり、双音叉振動片１０１の概略的な構造を示している。図５（Ａ）において、１０２、１０３は基部であり、２つの振動腕１０４、１０５がそれらをつないでいる。
【００６３】
図５（Ｂ）は、カンチレバー１０６に固定された双音叉振動片１０１を示す側面図である。図５（Ｂ）において、カンチレバー１０６は、固定端部１０７と自由端部１０８を有し、連結部１０９がそれらをつないでいる。固定端部１０７は直接に、又はパッケージ（図示せず）などにより間接的に、移動距離検出装置１Ａに固定されている。そして、双音叉振動片１０１の基部１０３はカンチレバー１０６の固定端部１０７に固着され、双音叉振動片１０１の基部１０２はカンチレバー１０６の自由端部１０８に固着されている。
【００６４】
図５（Ｃ）は、移動距離検出装置１Ａが加速したときの双音叉振動片１０１の形状の変化を示している。移動距離検出装置１Ａが、カンチレバー１０６の固定端部１０７、連結部１０９、自由端部１０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー１０６から双音叉振動片１０１へ向かう方向に加速した場合、カンチレバー１０６の自由端部１０８に加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー１０６の連結部１０９は加速と反対方向に曲がる。
【００６５】
双音叉振動片１０１はカンチレバー１０６に固着されているため、引張力Ｆｓが作用する。双音叉振動片１０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路１１０ａと接続されているので、この引張力Ｆｓの作用により水晶振動子１００ａの発振周波数が変化する。例えば、移動距離検出装置１Ａが加速していないときの水晶振動子１００ａの発振周波数が４０．００ｋＨｚであったとすると、図５（Ｃ）の場合の水晶振動子１００ａの発振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化する。
【００６６】
なお、図示していないが、移動距離検出装置１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときには、慣性力Ｆｉも図５（Ｃ）の場合と反対方向に作用し、双音叉振動片１０１を縮めようとする圧縮力が作用する。例えば、移動距離検出装置１Ａが加速していないときの水晶振動子１００ａの発振周波数が４０．００ｋＨｚであったとすると、移動距離検出装置１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときの水晶振動子１００ａの発振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。
【００６７】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、加速度検出素子である水晶振動子１００ａに対する重力加速度の影響について説明するための図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）において、点線は水平面と平行な面を表し、水晶振動子１００ａは、一点鎖線で示す方向の加速度を正の加速度、二点鎖線で示す方向の加速度を負の加速度として検出するものとする。
【００６８】
図６（Ａ）は、水晶振動子１００ａの検出軸が水平面と平行になっている場合の図である。重力加速度をｇとすると、図６（Ａ）の場合、水晶振動子１００ａには検出軸と直交する方向にｍ・ｇの力が働く。従って、重力加速度ｇは水晶振動子１００ａによる加速度検出に影響を与えない。
【００６９】
図６（Ｂ）は、水晶振動子１００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ下方向に傾いている場合の図である。図６（Ｂ）の場合、水晶振動子１００ａには検出軸の正方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図５（Ｂ）に示した双音叉振動片１０１には圧縮力が作用する。そのため、水晶振動子１００ａは−ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。すなわち、水晶振動子１００ａは、静止している場合でも水平面上を−ｇ・ｓｉｎθの加速度で移動しているのと等価な周波数信号９０６ａを出力することになる。
【００７０】
図６（Ｃ）は、水晶振動子１００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ上方向に傾いている場合の図である。図６（Ｃ）の場合、水晶振動子１００ａには検出軸の負方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図５（Ｂ）に示した双音叉振動片１０１には引張力が作用する。そのため、水晶振動子１００ａは＋ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。すなわち、水晶振動子１００ａは、静止している場合でも水平面上を＋ｇ・ｓｉｎθの加速度で移動しているのと等価な周波数信号９０６ａを出力することになる。
【００７１】
図７は、本実施例の移動距離検出装置１Ａの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００７２】
図７は、移動距離検出装置１Ａが次のように移動するケースのタイミングチャート図である。まず、移動距離検出装置１Ａは、時刻ｔ１以前は加速度検出素子である水晶振動子１００ａの検出軸が水平面と平行な状態（図６（Ａ）の状態）で静止している。そして、移動距離検出装置１Ａは、時刻ｔ１〜ｔ２にかけて回転し、時刻ｔ２〜ｔ５において水晶振動子１００ａの検出軸が水平面に対してθだけ上方向に傾いた状態（図６（Ｃ）の状態）で静止している。さらに、移動距離検出装置１Ａは、時刻ｔ５〜ｔ８にかけて、水晶振動子１００ａの検出軸が水平面に対してθだけ上方向に傾いた状態（図６（Ｃ）の状態）のまま、水晶振動子１００ａの検出軸の正方向に移動し、時刻ｔ８において停止する。
【００７３】
図７において、時刻ｔ４以前は制御信号９１２ａが低電位になっているので、アナログスイッチ５０８がオンになっており、周波数信号９０８ａの周波数を周波数信号９０６ａの周波数と一致させるようにフィードバック制御がかかる。
【００７４】
時刻ｔ１以前は、水晶振動子１００ａは図６（Ａ）に示した状態で静止しているので、水晶振動子１００ａが検出する加速度は０である。この状態では、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルがＶ０になっており、周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差が９０°になっている。そして、位相差信号９１４のデューティー比が５０％であるため、これに対応して速度検出信号９０２ａの電圧レベルがＶ０になり、その結果、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルもＶ０で安定している。
【００７５】
時刻ｔ１〜ｔ２にかけて移動距離検出装置１Ａが回転し、時刻ｔ２〜ｔ５にかけて水晶振動子１００ａは図６（Ｃ）の状態で静止するので、水晶振動子１００ａは＋ｇ・ｓｉｎθの加速度を検出する。従って、時刻ｔ１〜ｔ５において、周波数信号９０６ａの周波数が高くなるため、位相差信号９１４のデューティー比が上昇し、これに対応して速度検出信号９０２ａの電圧レベルがＶ０からＶ１に上昇する。そのため、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルもＶ０からＶ１に上昇し、周波数信号９０８ａの周波数を周波数信号９０６ａの周波数と一致させるように、周波数信号９０８ａの周波数を高くする方向にフィードバック制御がかかる。
【００７６】
時刻ｔ４において制御信号９１２ａが高電位になるとアナログスイッチ５０８がオフになるため、フィードバック制御回路５００は、時刻ｔ４の直前の発振制御電圧９０４ａの電圧レベルＶ１を保持する。
【００７７】
水晶振動子１００ａは、時刻ｔ５〜ｔ８にかけて図６（Ｃ）の状態のまま検出軸の正方向に移動し、時刻ｔ８において停止する。そのため、水晶振動子１００ａは、時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ７〜ｔ８において、それぞれｇ・ｓｉｎθ＋Δα、ｇ・ｓｉｎθ、ｇ・ｓｉｎθ−Δαの加速度を検出する。その結果、周波数信号９０６ａは、時刻ｔ４における周波数に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではΔα分だけ周波数が高くなり、時刻ｔ６〜ｔ７では周波数が変化せず、時刻ｔ７〜ｔ８ではΔα分だけ周波数が低くなる。
【００７８】
一方、時刻ｔ４以降は、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルＶ１が保持されており、フィードバック制御がかからないため、周波数信号９０８ａの周波数は一定のままである。
【００７９】
そのため、位相差信号９１４は、時刻ｔ４におけるデューティー比に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではデューティー比が大きくなり、時刻ｔ６〜ｔ７ではデューティー比が等しくなり、時刻ｔ７〜ｔ８ではデューティー比が小さくなる。従って、速度検出信号９０２ａの電圧レベルは、時刻ｔ５〜ｔ６においてＶ１からＶ２に上昇し、時刻ｔ６〜ｔ７ではＶ２のままであり、時刻ｔ７〜ｔ８においてＶ２からＶ１に下降する。
【００８０】
ここで、時刻ｔ４以前は、制御信号９１２ａが低電位になっている。そのため、アナログスイッチ３０８がオンになっており、積分器３００が積分動作を行わないので、積分信号９１６の電圧レベルは発振制御電圧９０４ａの電圧レベルと一致する。その結果、時刻ｔ４以前は、移動距離検出信号９１０ａの電圧レベルは基準電位Ｖｒｅｆになっている。
【００８１】
一方、時刻ｔ４以降は、制御信号９１２ａが高電位になっている。そのため、アナログスイッチ３０８がオフになっており、積分器３００は、Ｖ１を基準として速度検出信号９０２ａの積分動作を行う。その結果、移動距離検出信号９１０ａは、基準電位Ｖｒｅｆを基準とする電圧レベルにより時刻ｔ４以降の移動距離の軌跡を示すことになる。
【００８２】
図８は、本実施例の移動距離検出装置１Ａの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００８３】
図８のケースは、図７のケースに対して、時刻ｔ５以降のみ異なる。すなわち、移動距離検出装置１Ａは、時刻ｔ５〜ｔ８にかけて、加速度検出素子である水晶振動子１００ａの検出軸が水平面に対してθだけ上方向に傾いた状態（図６（Ｃ）の状態）のまま、水晶振動子１００ａの検出軸の負方向に移動し、時刻ｔ８において停止する。
【００８４】
図８において、時刻ｔ１〜ｔ５における移動距離検出装置１Ａの動作は図７とまったく同じであるため、その説明を省略する。
【００８５】
水晶振動子１００ａは、時刻ｔ５〜ｔ８にかけて図６（Ｃ）の状態のまま検出軸の負方向に移動し、時刻ｔ８において停止する。そのため、水晶振動子１００ａは、時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ７〜ｔ８において、それぞれｇ・ｓｉｎθ−Δα、ｇ・ｓｉｎθ、ｇ・ｓｉｎ＋Δαの加速度を検出する。その結果、周波数信号９０６ａは、時刻ｔ４における周波数に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではΔα分だけ周波数が低くなり、時刻ｔ６〜ｔ７では周波数が変化せず、時刻ｔ７〜ｔ８ではΔα分だけ周波数が高くなる。
【００８６】
一方、時刻ｔ４以降は、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルＶ１が保持されており、フィードバック制御がかからないため、周波数信号９０８ａの周波数は一定のままである。
【００８７】
そのため、位相差信号９１４は、時刻ｔ４におけるデューティー比に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではデューティー比が小さくなり、時刻ｔ６〜ｔ７ではデューティー比が等しくなり、時刻ｔ７〜ｔ８ではデューティー比が大きくなる。従って、速度検出信号９０２ａの電圧レベルは、時刻ｔ５〜ｔ６においてＶ１からＶ２に下降し、時刻ｔ６〜ｔ７ではＶ２のままであり、時刻ｔ７〜ｔ８においてＶ２からＶ１に上昇する。
【００８８】
従って、移動距離検出信号９１０ａの電圧レベルは、時刻ｔ４以前は基準電位Ｖｒｅｆになっており、時刻ｔ４以降は、基準電位Ｖｒｅｆを基準とする電圧レベルにより時刻ｔ４以降の移動距離の軌跡を示すことになる。
【００８９】
以上説明したように、第１実施例では、制御信号９１２ａが高電位になるまでは、周波数信号９０８ａの周波数が周波数信号９０６ａの周波数と一致するように水晶振動子２００ａの発振周波数が調整される。そして、制御信号９１２ａが高電位になるまでは、積分信号９１６の電圧レベルは発振制御電圧９０４ａの電圧レベルと等しく、その結果、移動距離検出装置１Ａは、基準電位（Ｖｒｅｆ）と等しい電圧レベルの移動距離検出信号９１０ａを出力する。
【００９０】
一方、制御信号９１２ａが高電位になると、水晶振動子２００ａの発振周波数は変化しないが、移動距離検出装置１Ａが移動すると、水晶振動子１００ａの発振周波数が変化するため、速度検出信号９０２ａの電圧レベルが変化する。ここで、移動距離検出装置１Ａが水晶振動子１００ａの検出軸方向に移動すれば、水晶振動子１００ａの検出軸方向の重力加速度成分の向き及び大きさが変化しない。従って、水晶振動子１００ａの発振周波数は移動により生じた加速度の大きさ及び向きのみに応じて変化し、その結果、速度検出信号９０２ａの電圧レベルも移動により生じた加速度の大きさ及び向きのみに応じて変化する。そして、移動距離検出装置１Ａは、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルを基準として速度検出信号９０２ａの電圧レベルの変化量を積分した後、基準電位（Ｖｒｅｆ）を基準とする電圧レベルに変換して移動距離検出信号９１０ａを出力する。
【００９１】
従って、本実施例の移動距離検出装置１Ａによれば、制御信号９１２ａが低電位から高電位に変化する直前の位置を基準として、重力加速度による影響が補正された移動距離を検出することができる。
【００９２】
ここで、周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差が０°〜１８０°の範囲を超えると誤った検出結果を出力する可能性があるが、第１実施例の移動距離検出装置１Ａによれば、静止状態における周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差を９０°にすることにより、移動距離の検出可能範囲を最大にすることができる。
【００９３】
なお、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルが安定していない状態で制御信号９１２ａを低電位から高電位にすると、変化中の発振制御電圧９０４ａを保持することになり移動距離検出に誤差が生じる。しかし、本実施例の移動距離検出装置１Ａによれば、モニター端子６８を介してロック信号９１８すなわち発振制御電圧９０４ａの電圧レベルを外部からモニターすることにより、発振制御電圧９０４ａが安定したか否か（ロックしたか否か）を外部から判断することができるので、不要な誤差が生じないようにすることができる。
【００９４】
（第２実施例）
第２実施例の移動距離検出装置１Ｂの構成は、図２〜図４に示した第１実施例の移動距離検出装置１Ａの構成と同様である。ただし、第２実施例においては、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、いずれも加速度検出素子である。
【００９５】
本実施例では、図９（Ａ）に示すように、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、検出方向が互いに逆方向になるように配置されている。なお、本実施例における水晶振動子１００ａは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示した構造と同じであるため、図９（Ａ）において、水晶振動子１００ａの各要素に対して図５（Ａ）及び図５（Ｂ）と同じ番号を付しており、その説明を省略する。また、水晶振動子２００ａの構造は水晶振動子１００ａの構造と同じであり、水晶振動子２００ａの各要素２０１〜２０９は、それぞれ水晶振動子１００ａの各要素１０１〜１０９に対応する。
【００９６】
図９（Ｂ）は、移動距離検出装置１Ｂが加速したときの双音叉振動片１０１、２０１の形状の変化を示している。移動距離検出装置１Ｂが、カンチレバー１０６の固定端部１０７、連結部１０９、自由端部１０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー１０６から双音叉振動片１０１へ向かう方向に加速した場合、双音叉振動片１０１の変化は図５（Ｃ）と同じであり、説明を省略する。この場合、カンチレバー２０６の自由端部２０８に加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー２０６の自由端部２０８は加速と反対方向に曲がる。
【００９７】
双音叉振動片２０１はカンチレバー２０６に固着されているため、圧縮力Ｆｓが作用する。双音叉振動片２０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路２１０ａと接続されているので、この圧縮力Ｆｓの作用により水晶振動子２００ａの発振周波数が変化する。例えば、移動距離検出装置１Ｂが加速していないときの水晶振動子２００ａの発振周波数が４０．００ｋＨｚであったとすると、図９（Ｂ）の場合の水晶振動子２００ａの発振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。
【００９８】
このように、ともに加速度検出素子（双音叉振動子）である水晶振動子１００ａと水晶振動子２００ａを検出方向が互いに逆方向になるように配置すると、互いに発振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、第２実施例の移動距離検出装置１Ｂでは、位相差信号９１４のデューティー比の変化量が第１実施例の移動距離検出装置１Ａの２倍になることで移動距離の検出感度を高めることができる。
【００９９】
なお、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａが同じ特性を有する加速度検出素子であることが好ましい。このようにすれば、例えば、温度ドリフトに伴う周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差の誤差を抑えることができるので、温度変化に対して安定した位相比較を行うことが可能となる。
【０１００】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、ともに加速度検出素子である水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａに対する重力加速度の影響について説明するための図である。図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）において、点線は水平面と平行な面を表し、水晶振動子１００ａは、一点鎖線で示す方向の加速度を正の加速度、二点鎖線で示す方向の加速度を負の加速度として検出するものとする。また、水晶振動子２００ａは、一点鎖線で示す方向の加速度を負の加速度、二点鎖線で示す方向の加速度を正の加速度として検出する。
【０１０１】
図１０（Ａ）は、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａの検出軸がともに水平面と平行になっている場合の図である。図１０（Ａ）の場合、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａにはともに検出軸と直交する方向にｍ・ｇの力が働く。従って、重力加速度ｇは水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａによる加速度検出に影響を与えない。
【０１０２】
図１０（Ｂ）は、水晶振動子１００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ下方向に傾いており、水晶振動子２００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ上方向に傾いている場合の図である。図１０（Ｂ）の場合、水晶振動子１００ａには検出軸の正方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図９（Ａ）に示した双音叉振動片１０１には圧縮力が作用する。そのため、水晶振動子１００ａは−ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。一方、水晶振動子２００ａには検出軸の負方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図９（Ａ）に示した双音叉振動片２０１には引張力が作用する。そのため、水晶振動子２００ａは＋ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。すなわち、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、静止している場合でも水平面上をそれぞれ−ｇ・ｓｉｎθ及び＋ｇ・ｓｉｎθの加速度で移動しているのと等価な周波数信号９０６ａ、９０８ａをそれぞれ出力することになる。
【０１０３】
図１０（Ｃ）は、水晶振動子１００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ上方向に傾いており、水晶振動子２００ａの検出軸の正方向が水平面に対してθだけ下方向に傾いている場合の図である。図１０（Ｃ）の場合、水晶振動子１００ａには検出軸の負方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図９（Ａ）に示した双音叉振動片１０１には引張力が作用する。そのため、水晶振動子１００ａは＋ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。一方、水晶振動子２００ａには検出軸の正方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働くため、図９（Ａ）に示した双音叉振動片２０１には圧縮力が作用する。そのため、水晶振動子２００ａは−ｇ・ｓｉｎθを加速度として検出してしまう。すなわち、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、静止している場合でも水平面上をそれぞれ＋ｇ・ｓｉｎθ及び−ｇ・ｓｉｎθの加速度で移動しているのと等価な周波数信号９０６ａ、９０８ａをそれぞれ出力することになる。
【０１０４】
図１１は、本実施例の移動距離検出装置１Ｂの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【０１０５】
図１１は、移動距離検出装置１Ｂが図７と同じように移動するケースのタイミングチャート図であり、時刻ｔ１〜ｔ８は、それぞれ図７の時刻ｔ１〜ｔ８と対応している。図１１の説明において、図７と同様の内容については省略又は簡略する。
【０１０６】
図７と同様に、図１１においても、時刻ｔ１以前は、速度検出信号９０２ａの電圧レベルがＶ０になっており、その結果、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルもＶ０で安定している。
【０１０７】
時刻ｔ１以降、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、重力加速度の影響を受けて、それぞれ正方向及び負方向の加速度を検出する。時刻ｔ１の直後は、周波数信号９０６ａの周波数が高くなるとともに周波数信号９０８ａの周波数が低くなるため、位相差信号９１４のデューティー比が上昇し、これに対応して速度検出信号９０２ａの電圧レベルが上昇する。そのため、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルが上昇し、周波数信号９０８ａの周波数を周波数信号９０６ａの周波数と一致させるように、周波数信号９０８ａの周波数を高くする方向にフィードバック制御がかかる。結果的に、時刻ｔ１〜ｔ５にかけて速度検出信号９０２ａの電圧レベルがＶ０からＶ１に上昇する。
【０１０８】
なお、時刻ｔ１以降、水晶振動子２００ａは図１０（Ｃ）のように変形するため、水晶振動子２００ａの共振周波数は低くなるが、フィードバック制御により発振制御電圧９０４ａの電圧レベルが高くなり、水晶振動子２００ａの発振周波数は水晶振動子１００ａの発振周波数と一致する。すなわち、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルがＶ１になることにより、水晶振動子１００ａが＋ｇ・ｓｉｎθの加速度を検出する時の発振周波数と水晶振動子２００ａが−ｇ・ｓｉｎθの加速度を検出する時の発振周波数が一致するようになっている。
【０１０９】
水晶振動子１００ａは、時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ７〜ｔ８において、それぞれｇ・ｓｉｎθ＋Δα、ｇ・ｓｉｎθ、ｇ・ｓｉｎθ−Δαの加速度を検出する。その結果、周波数信号９０６ａは、時刻ｔ４における周波数に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではΔα分だけ周波数が高くなり、時刻ｔ６〜ｔ７では周波数が変化せず、時刻ｔ７〜ｔ８ではΔα分だけ周波数が低くなる。
【０１１０】
一方、水晶振動子２００ａは、時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ７〜ｔ８において、それぞれ−ｇ・ｓｉｎθ−Δα、−ｇ・ｓｉｎθ、−ｇ・ｓｉｎθ＋Δαの加速度を検出する。ここで、時刻ｔ４以降は、発振制御電圧９０４ａの電圧レベルＶ１が保持されており、フィードバック制御がかからない。その結果、周波数信号９０８ａは、時刻ｔ４における周波数に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではΔα分だけ周波数が低くなり、時刻ｔ６〜ｔ７では周波数が変化せず、時刻ｔ７〜ｔ８ではΔα分だけ周波数が高くなる。
【０１１１】
そのため、位相差信号９１４は、時刻ｔ４におけるデューティー比に対して、時刻ｔ５〜ｔ６ではデューティー比が大きくなり、時刻ｔ６〜ｔ７ではデューティー比が等しくなり、時刻ｔ７〜ｔ８ではデューティー比が小さくなる。従って、速度検出信号９０２ａの電圧レベルは、時刻ｔ５〜ｔ６においてＶ１からＶ２に上昇し、時刻ｔ６〜ｔ７ではＶ２のままであり、時刻ｔ７〜ｔ８においてＶ２からＶ１に下降する。
【０１１２】
従って、移動距離検出信号９１０ａは、基準電位Ｖｒｅｆを基準とする電圧レベルにより時刻ｔ４以降の移動距離の軌跡を示すことになる。
【０１１３】
ここで、移動距離検出装置１Ｂでは、水晶振動子１００ａと水晶振動子２００ａが、ともに加速度検出素子であり、検出軸の正方向が互いに逆方向を向いているので、水晶振動子１００ａのみが加速度検出素子である第１実施例の移動距離検出１Ａに対して、位相差信号９１４のデューティー比の変化量が２倍になる。従って、移動距離検出１Ｂでは、移動距離検出１Ａに対して、移動距離検出信号９１０ａの電圧レベルの変化量も２倍になる。すなわち、第２実施例によれば、移動距離の検出感度をより高くすることができる。
【０１１４】
また、第２実施例によれば、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａに同じ特性を有する加速度検出素子を用いることにより、例えば、温度ドリフトに伴う発振周波数誤差をキャンセルすることができるので、検出時の温度によらず安定した検出結果を出力することができる。
【０１１５】
（第３実施例）
第２実施例では、ともに加速度検出素子である水晶振動子１００ａと水晶振動子２００ａを検出方向が互いに逆方向になるように配置することにより、移動距離の検出感度を高めている。しかし、検出感度が高すぎると周波数信号９０６ａと周波数信号９０８ａの位相差が０°〜１８０°の範囲を超えてしまい、誤った検出結果が出力されるおそれがある。そこで、第３実施形態では、検出感度を低下させるために、第２実施例の構成に対して２つの分周器が追加される。
【０１１６】
図１２は第３実施例の移動距離検出装置の構成を示す図である。図１２において、図１と同じ構成には同じ番号を付している。
【０１１７】
第３実施例の移動距離検出装置１Ｃは、第２実施例の移動距離検出装置１Ｂと同様に、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、いずれも加速度検出素子であり、図９（Ａ）と同様に、水晶振動子１００ａ及び水晶振動子２００ａは、検出方向が互いに逆方向になるように配置されている。
【０１１８】
図１２に示すように、第３実施例の移動距離検出装置１Ｃでは、第２実施例の移動距離検出装置１Ｂに対して分周器１０ｂと分周器２０ｂが追加されている。分周器１０ｂは、水晶振動子１０ａが出力する周波数信号９０６ａを分周して周波数信号９０６ｂを出力する。分周器２０ｂは、水晶振動子２０ａが出力する周波数信号９０８ａを分周して周波数信号９０８ｂを出力する。そして、排他的論理和回路４００は、周波数信号９０６ｂと周波数信号９０８ｂの位相差に応じたデューティー比となる位相差信号９１４を生成する。
【０１１９】
ここで、分周器１０ｂの分周比はＮ１であり、周波数信号９０６ｂの周波数は周波数信号９０６ａの周波数の１／Ｎ１である。分周器１０ｂの分周比Ｎ１は、図示しない所定のレジスタ（分周比設定レジスタ）に設定されるようにしてもよいし、固定値（例えばＮ１＝２）であってもよい。
【０１２０】
同様に、分周器２０ｂの分周比はＮ２であり、周波数信号９０８ｂの周波数は周波数信号９０８ａの周波数の１／Ｎ２である。分周器２０ｂの分周比Ｎ２は、図示しない所定のレジスタ（分周比設定レジスタ）に設定されるようにしてもよいし、固定値（例えばＮ２＝２）であってもよい。分周器２０ｂの分周比設定レジスタは、分周器１０ｂの分周比設定レジスタと別個に設けてもよいし共通であってもよい。
【０１２１】
なお、水晶振動子１００ａと水晶振動子２００ａの発振特性が異なる場合、初期状態における周波数信号９０６ｂと周波数信号９０８ｂの位相差は不定である。そこで、図示しない所定のレジスタ（位相調整用レジスタ）の設定値に基づいて、分周器２０ｂの分周タイミングを制御可能に構成することもできる。例えば、分周器２０ｂは、位相調整用レジスタの設定値に応じて、周波数信号９０８ｂの位相をＮ２通りのいずれかに調整可能に構成される。さらに、周波数信号９０６ｂを外部からモニター可能に構成すれば、移動距離検出装置１Ｃが静止状態の時の周波数信号９０６ｂと周波数信号９０８ｂの位相差が初期状態に関係なく９０°になるように位相調整レジスタの調整値を設定することができる。
【０１２２】
図１２におけるその他の構成は、図１の構成と同じであるため、その説明を省略する。
【０１２３】
なお、水晶発振器（ＸＯ）１０ａと分周器１０ｂにより構成される回路は、図１で説明した第１の発振部１０に対応し、周波数信号９０６ｂは図１における第１の周波数信号９０６に対応する。また、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２０ａと分周器２０ｂにより構成される回路は、図１で説明した第２の発振部２０に対応し、周波数信号９０８ｂは図１における第２の周波数信号９０８に対応する。
【０１２４】
図１３は、本実施例の移動距離検出装置１Ｃの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【０１２５】
図１３は、移動距離検出装置１Ｃが図１１と同じように移動するケースのタイミングチャート図であり、ｔ１〜ｔ８は、それぞれ図１１の時刻ｔ１〜ｔ８と対応している。なお、分周器１０ｂの分周比Ｎ１と分周器２０ｂの分周比Ｎ２はともに２に設定されているものとする。
【０１２６】
図１３において、位相差信号９１４のデューティー比は、周波数信号９０６ｂと周波数信号９０８ｂの位相差に応じて変化している。そのため、図１１のケースと比較して、位相差信号９１４のデューティー比の変化量が１／２（＝１／Ｎ１＝１／Ｎ２）になり、速度検出信号９０２ａの電圧レベルの変化量も１／２になっている。その結果、図１１のケースと比較して、移動距離検出信号９１０ａも１／２に、すなわち移動距離の検出感度が１／２になっている。
【０１２７】
このように、第３実施例の移動距離検出１Ｃでは、２つの分周器１０ｂ及び２０ｂにより分周した周波数信号９０６ｂ及び第２の周波数信号を生成するので、これら２つの周波数信号の位相差の変動範囲を分周比に応じて狭くすることができる。すなわち、第３実施例の移動距離検出１Ｃによれば、水晶振動子１００ａ、２００ａの加速度検出感度が高すぎる場合でも見かけ上の検出感度を低くすることにより、誤った検出結果を出力する可能性を低減することができる。
【０１２８】
２．手ぶれ補正装置及びカメラ
被写体に接近した状態での撮影、すなわちマクロ撮影が可能なカメラ（特にデジタルカメラ）が一般的に使用されるようになっている。マクロ撮影においては、まず、カメラの撮影レンズ部分を被写体に接近させて静止し、シャッターボタンを半押しする等して被写体にピントを合わせる操作（フォーカス操作）が行われる。そして、カメラを静止させたままシャッターボタンを押下することによりマクロ撮影が行われる。従って、マクロ撮影では、フォーカス操作後の手ぶれを補正することが要求される。
【０１２９】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、マクロ撮影時の手ぶれについて説明するための図である。図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）において、１１００、１２００、１３００は、それぞれカメラのシャッターボタン、撮影レンズ、筐体を表す。また、水平面と平行であり互いに直交する２つの軸をＸ軸とＺ軸とし、Ｘ軸、Ｚ軸と直交する軸をＹ軸とする。
【０１３０】
図１４（Ａ）に示すように、カメラ１０００がＺ軸を中心として回転（ロール）することによって手ぶれが生じる。また、図１４（Ｂ）に示すように、カメラ１０００がＸ軸を中心として回転（ピッチ）することによっても手ぶれが生じる。さらに、図１４（Ｃ）に示すように、カメラ１０００がＸ軸方向やＹ軸方向に平行移動するなどＸ−Ｙ平面内で平行移動することによっても手ぶれが生じる。
【０１３１】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示す手ぶれは、例えば、２つの角速度センサーを設けてＺ軸回り及びＸ軸回りの角速度をそれぞれ検出し、Ｚ軸回りの回転角（ヨー角）及びＸ軸回りの回転角（ピッチ角）を計算することで補正することができる。
【０１３２】
しかし、図１４（Ｃ）に示す手ぶれは、回転運動によるものではないので角速度センサーを用いて補正することが困難である。特に、マクロ撮影時は被写体と撮影レンズ１２００の距離が近いので、カメラ１０００がＸ−Ｙ平面内でわずかに平行移動するだけで大きな手ぶれが発生するため、この手ぶれを補正することが重要になる。そこで、本実施形態のカメラ１０００は、図１〜図１４で説明した移動距離検出装置を用いた手ぶれ補正装置を備えることにより、図１４（Ｃ）に示す手ぶれを補正する。
【０１３３】
図１５は、本実施形態のカメラの概略ブロック図である。
【０１３４】
本実施形態のカメラ１０００は、シャッターボタン１１００、入力インターフェース部１０１０、手ぶれ補正装置１０２０、アクチュエーター１０５０、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１０６０、信号処理部１０７０、液晶表示部１０８０、液晶表示パネル１０９０、撮影レンズ１２００を含んで構成されている。
【０１３５】
ユーザーによりシャッターボタン１１００の押下操作が行われる。シャッターボタン１１００が全押しされると被写体の撮影が行われる。一方、シャッターボタン１１００が半押しされるとフォーカス処理が行われる。
【０１３６】
入力インターフェース１０１０は、シャッターボタン１１００が全押し又は半押しされたか否かを検出する。入力インターフェース１０１０は、シャッターボタン１１００の半押しを検出するとフォーカス操作が行われたと判断して手ぶれ補正装置１０２０にフォーカス信号１０１２を供給する。
【０１３７】
手ぶれ補正装置１０２０は、移動距離検出装置１０３０と制御装置１０４０を含んで構成されている。
【０１３８】
移動距離検出装置１０３０は、例えば、前述した第１実施例〜第３実施例の移動距離検出装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ等であり、制御信号１０４２が非アクティブ（例えば低電位）からアクティブ（例えば高電位）になった時の位置を基準とするカメラ１０００の移動距離を検出して移動距離検出信号１０３２（前述した移動距離検出信号９１０ａに対応する）を出力する。また、移動距離検出装置１０３０は、カメラ１０００が静止している時に高電位となるロック信号１０３４（前述したロック信号９１８に対応する）を出力するように構成してもよい。
【０１３９】
制御装置１０４０は、マクロ撮影モード時にフォーカス信号１０１２を受け取ると、制御信号１０４２（前述した制御信号９１２ａに対応する）を非アクティブ（例えば低電位）からアクティブ（例えば高電位）にする。あるいは、移動距離検出装置１０３０がロック信号１０３４を出力するように構成されていれば、制御装置１０４０は、マクロ撮影モード時にフォーカス信号１０１２を受け取ると、ロック信号１０３４が高電位の場合のみ制御信号１０４２を非アクティブ（例えば低電位）からアクティブ（例えば高電位）にするように構成してもよい。
【０１４０】
そして、制御装置１０４０は、移動距離検出信号１０３２に基づいて、手ぶれ量を計算し、計算した手ぶれ量に応じた手ぶれ補正量の情報を含む制御信号１０４４を生成してアクチュエーター１０５０に供給する。制御装置１０４０は、例えば、マイクロコンピューターとして実現することができ、図示しない記憶部に格納された所定のプログラムを実行することにより手ぶれ補正量の計算を行うようにしてもよい。
【０１４１】
アクチュエーター１０５０は、制御信号１０４４に従い、ＣＣＤセンサー１０６０を手ぶれ補正量に応じた距離だけ移動させる。あるいは、アクチュエーター１０５０は、制御信号１０４４に従い、撮影レンズ１２００を手ぶれ補正量に応じた距離だけ移動させるようにしてもよい。なお、ＣＣＤセンサー１０６０や撮影レンズ１２００は、本発明における撮影用光学部品の一例であり、アクチュエーター１０５０は、その他の撮影用光学部品を手ぶれ補正量に応じて制御するようにしてもよい。
【０１４２】
信号処理部１０７０は、ＣＣＤセンサー１０６０の出力信号を受け取り、各画素データ１０７２を生成して液晶駆動部１０８０に供給する。
【０１４３】
液晶駆動部１０８０は、画素毎に画素データ１０７２に応じた駆動信号１０８２を生成して液晶表示パネル１０９０に供給し、液晶表示パネル１０９０に被写体の画像が写し出される。
【０１４４】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、本実施形態のカメラ１０００によるマクロ撮影時の手ぶれ補正について説明するための図である。図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）において、１０３０、１１００、１２００、１３００は、それぞれ移動距離検出装置、シャッターボタン、撮影レンズ、筐体を表す。また、水平面と平行であり互いに直交する２つの軸をＸ軸とＺ軸とし、Ｘ軸、Ｚ軸と直交する軸をＹ軸とする。そして、移動距離検出装置１０３０は、カメラ１０００が水平な状態で、移動距離の検出方向がＸ軸の正方向と一致するように、筐体１３００の内部に配置されているものとする。
【０１４５】
図１６（Ａ）に示すように、カメラ１０００が水平状態に保たれていれば、移動距離検出装置１０３０には移動距離の検出方向と直交する方向にｍ・ｇの力が働く。従って、移動距離検出装置１０３０は、重力加速度による影響を受けず、シャッターボタン１１００が半押しされるまで移動距離が０であることを示す移動距離検出信号１０３２を出力する。
【０１４６】
一方、図１６（Ｂ）に示すように、カメラ１０００が水平状態に対してＺ軸を中心として時計回りに角度θだけ回転した状態であれば、移動距離検出装置１０３０には移動距離の検出方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働く。また、図１６（Ｃ）に示すように、カメラ１０００が水平状態に対してＺ軸を中心として反時計回りに角度θだけ回転した状態であれば、移動距離検出装置１０３０には移動距離の検出方向と反対方向にｍ・ｇ・ｓｉｎθの力が働く。しかし、いずれの場合であっても、移動距離検出装置１０３０は、この重力加速度による影響を補正し、シャッターボタン１１００が半押しされるまで移動距離が０であることを示す移動距離検出信号１０３２を出力する。
【０１４７】
そして、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）のいずれの状態であっても、移動距離検出装置１０３０は、シャッターボタン１１００が半押しされた後は、手ぶれにより、カメラ１０００が移動距離の検出方向と水平な方向（点線矢印の方向）に平行移動した距離を示す移動距離検出信号１０３２を出力する。従って、手ぶれ補正装置１０２０は、図１５で説明したように、この移動距離検出信号１０３２に基づいて手ぶれ補正を行うことができる。
【０１４８】
なお、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）において、移動距離検出装置１０３０は、移動距離の検出方向と直交する方向への平行移動を検出することができず、また、移動距離の検出方向と平行でない方向への平行移動に対しては、近似的な平行移動距離を検出することになる。そこで、例えば、移動距離の検出方向が違いに直交するように２つの移動距離検出装置を配置し、これら２つの移動距離検出装置がそれぞれ出力する２つの移動距離検出信号に基づいて正確な平行移動距離を求めて手ぶれ補正を行うように手ぶれ補正装置１０２０を構成することもできる。
【０１４９】
このように、本実施形態のカメラ１０００によれば、移動距離検出装置１０３０により、重力加速度の影響を補正し、フォーカス操作が行われた後の移動距離をより正確に検出することができるので、マクロ撮影時の手ぶれ補正機能を実現することができる。
【０１５０】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１５１】
例えば、本発明は移動距離以外の物理量を検出する物理量検出装置にも適用することができる。例えば、図２や図１２において積分器３００を増幅器に置き換えることにより速度検出信号を出力する速度検出装置を実現することができる。図２や図１２において、キャパシター３０６を抵抗に置き換えれば増幅器を実現することができる。また、例えば、図２や図１２において積分器３００を微分器に置き換えることにより、加速度検出信号を出力する加速度検出装置を実現することができる。図２や図１２において、抵抗３０４とキャパシター３０６を入れ替えれば微分器を実現することができる。
【０１５２】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１５３】
１  物理量検出装置、１Ａ〜１Ｃ  移動距離検出装置、１０  第１の発振部、１０ａ  水晶発振器（ＸＯ）、１０ｂ  分周器、１１  出力端子、２０  第２の発振部、２０ａ  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、２０ｂ  分周器、２１  出力端子、２２  入力端子、２４  抵抗、３０  検出信号生成部、４０  速度検出部、５０  発振制御部、６０  端子、６２  スイッチ制御端子、６４  データ出力端子、６６  オフセット調整端子、６８  モニター端子、１００  第１の振動子、１００ａ  水晶振動子、１０１  双音叉振動片、１０２〜１０３  基部、１０４〜１０５  振動腕、１０６  カンチレバー、１０７  固定端部、１０８  自由端部、１０９  連結部、１１０  第１の発振駆動部、１１０ａ  発振回路、１１１〜１１２  キャパシター、１１３〜１１４  抵抗、１１５  インバーター、２００  第２の振動子、２００ａ  水晶振動子、２０１  双音叉振動片、２０２〜２０３  基部、２０４〜２０５  振動腕、２０６  カンチレバー、２０７  固定端部、２０８  自由端部、２０９  連結部、２１０  第２の発振駆動部、２１０ａ  発振回路、２１１〜２１２  キャパシター、２１３〜２１４  抵抗、２１５  インバーター、２１６  バリキャップ、３００  積分器、３０２  オペアンプ、３０４  抵抗、３０６  キャパシター、３０８  アナログスイッチ、３１０  減算器、４００  排他的論理和回路、４１０  低域通過フィルター、５００  フィードバック制御回路、５０２  オペアンプ、５０４  抵抗、５０６  キャパシター、５０８  アナログスイッチ、９０２  速度検出信号、９０２ａ  速度検出信号、９０４  発振制御電圧、９０４ａ  発振制御電圧、９０６  第１の周波数信号、９０６ａ〜９０６ｂ  周波数信号、９０８  第２の周波数信号、９０８ａ〜９０８ｂ  周波数信号、９１０  物理量検出信号、９１０ａ  移動距離検出信号、９１２  制御信号、９１２ａ  制御信号、９１４  位相差信号、９１６  積分信号、９１８  ロック信号、１０００  カメラ、１０１０  入力インターフェース部、１０１２  フォーカス信号、１０２０  手ぶれ補正装置、１０３０  移動距離検出装置、１０３２  移動距離検出信号、１０３４  ロック信号、１０４０  制御装置、１０４２  制御信号、１０４４  制御信号、１０５０  アクチュエーター、１０６０  ＣＣＤセンサー、１０７０  信号処理部、１０７２  画素データ、１０８０  液晶表示部、１０８２  駆動信号、１０９０  液晶表示パネル、１１００  シャッターボタン、１２００  撮影レンズ、１３００  筐体
【図１】
2010271169.tif 000003
【図２】
2010271169.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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