(57)【要約】【課題】制御の応答性を向上させることができるジャイロセンサー装置および姿勢制御システムを提供すること、また、この姿勢制御システムを備えるカメラ装置を提供すること。【解決手段】検出信号を出力するセンサー素子と、前記検出信号に基づいて角速度を検出する角速度検出回路と、前記角速度に基づいて角度を算出する角度算出回路と、前記角度に基づいて、アクチュエーターを駆動するアクチュエーター駆動回路の制御に用いることが可能なアクチュエーター駆動信号を生成するアクチュエーター駆動信号生成回路と、を含む制御回路と、前記センサー素子および前記制御回路を支持している基体と、前記基体に設けられ、前記アクチュエーター駆動信号またはそれに基づく信号を出力する出力端子と、を備えることを特徴とするジャイロセンサー装置。【選択図】図４
2019082454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出信号を出力するセンサー素子と、
前記検出信号に基づいて角速度を検出する角速度検出回路と、前記角速度に基づいて角度を算出する角度算出回路と、前記角度に基づいて、アクチュエーターを駆動するアクチュエーター駆動回路の制御に用いることが可能なアクチュエーター駆動信号を生成するアクチュエーター駆動信号生成回路と、を含む制御回路と、
前記センサー素子および前記制御回路を支持している基体と、
前記基体に設けられ、前記アクチュエーター駆動信号またはそれに基づく信号を出力する出力端子と、を備えることを特徴とするジャイロセンサー装置。
【請求項２】
前記角度算出回路の動作周波数と前記アクチュエーター駆動信号生成回路の動作周波数とが等しい請求項１に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項３】
前記アクチュエーターは、回転型のステッピングモーターである請求項１または２に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項４】
前記アクチュエーターは、ＤＣモーターまたはＡＣモーターである請求項１または２に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項５】
前記アクチュエーターの制御情報が入力される入力端子と、
前記制御情報が記憶される記憶部と、を備え、
前記アクチュエーター駆動信号生成回路は、前記制御情報を用いて前記アクチュエーター駆動信号を生成する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記角速度検出回路で検出した角速度から一部の周波数帯域における角速度を抽出する抽出部を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記検出信号に基づいて、前記アクチュエーターの動作状態の異常を検出する異常検出部を含む請求項１ないし６のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記アクチュエーター駆動回路を含む請求項１ないし７のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置と、
前記ジャイロセンサー装置により駆動制御されるアクチュエーターと、を備えることを特徴とする姿勢制御システム。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のジャイロセンサー装置と、
前記ジャイロセンサー装置により駆動制御されるアクチュエーターと、
前記アクチュエーターにより支持部材に対する姿勢が変化する撮像部と、を備えることを特徴とするカメラ装置。
【請求項１１】
前記撮像部は、撮像画像データを出力する撮像素子を含み、
前記ジャイロセンサー装置からの信号を用いて前記撮像画像データを処理する画像処理部を備える請求項１０に記載のカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサー装置、姿勢制御システムおよびカメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度を検出するジャイロセンサーの検出結果を用いて対象物の姿勢を制御するシステムが知られている。例えば、特許文献１に記載の船舶用レーダー装置は、レーダーアンテナと、レーダーアンテナを回転動作させる回転動作装置と、レーダーアンテナおよび回転動作装置を支持する支持部と、支持部に設けられている角速度センサーと、角速度センサーの検出信号に基づいて支持部の姿勢を制御する制御装置（ＤＳＰ：デジタルシグナルプロセッサ）と、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０７９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の船舶用レーダー装置では、角速度センサーと制御装置（ＤＳＰ）とが別体で構成されているため、これらには、相互に通信するための通信回路が必要となる。そのため、特許文献１に記載の船舶用レーダー装置では、この通信に要する時間が制約となって制御の応答性を高めることができず、適切な姿勢制御を行うことができない場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、制御の応答性を向上させることができるジャイロセンサー装置および姿勢制御システムを提供すること、また、この姿勢制御システムを備えるカメラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
本適用例のジャイロセンサー装置は、検出信号を出力するセンサー素子と、
前記検出信号に基づいて角速度を検出する角速度検出回路と、前記角速度に基づいて角度を算出する角度算出回路と、前記角度に基づいて、アクチュエーターを駆動するアクチュエーター駆動回路の制御に用いることが可能なアクチュエーター駆動信号を生成するアクチュエーター駆動信号生成回路と、を含む制御回路と、
前記センサー素子および前記制御回路を支持している基体と、
前記基体に設けられ、前記アクチュエーター駆動信号またはそれに基づく信号を出力する出力端子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このようなジャイロセンサー装置によれば、制御回路が角速度検出回路、角度算出回路およびアクチュエーター駆動信号生成回路を含むため、これらの間に通信回路を介在させずに高速な信号処理によりアクチュエーター駆動信号を生成することができる。そのため、ジャイロセンサー装置を用いたシステムの制御の応答性を高めることができる。また、制御回路がセンサー素子と同一の基体に支持されているため、通信回路を省略して制御回路が含む回路を１チップ化することが容易であり、ジャイロセンサー装置の構成の簡単化を図ることもできる。
【０００９】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記角度算出回路の動作周波数と前記アクチュエーター駆動信号生成回路の動作周波数とが等しいことが好ましい。
【００１０】
これにより、比較的簡単な構成で、角度算出回路とアクチュエーター駆動信号生成回路との間での高速な信号処理を実現することができる。
【００１１】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記アクチュエーターは、回転型のステッピングモーターであることが好ましい。
【００１２】
これにより、ジャイロセンサー装置を用いて回転型のステッピングモーターの駆動制御を行うことができる。
【００１３】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記アクチュエーターは、ＤＣモーターまたはＡＣモーターであることが好ましい。
【００１４】
これにより、ジャイロセンサー装置を用いてＤＣモーターまたはＡＣモーターの駆動制御を行うことができる。
【００１５】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記アクチュエーターの制御情報が入力される入力端子と、
前記制御情報が記憶される記憶部と、を備え、
前記アクチュエーター駆動信号生成回路は、前記制御情報を用いて前記アクチュエーター駆動信号を生成することが好ましい。
【００１６】
これにより、入力端子への制御情報の入力により、ジャイロセンサー装置が制御可能なアクチュエーターの種類を変更することができる。
【００１７】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記制御回路は、前記角速度検出回路で検出した角速度から一部の周波数帯域における角速度を抽出する抽出部を含むことが好ましい。
【００１８】
これにより、所望の周波数帯域（例えば、手振れ補正に適した周波数帯域）における高精度な制御を行うことができる。
【００１９】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記制御回路は、前記検出信号に基づいて、前記アクチュエーターの動作状態の異常を検出する異常検出部を含むことが好ましい。
【００２０】
これにより、ジャイロセンサー装置を用いたシステムの利便性を向上させることができる。
【００２１】
本適用例のジャイロセンサー装置では、前記制御回路は、前記アクチュエーター駆動回路を含むことが好ましい。
これにより、ジャイロセンサー装置の利便性を向上させることができる。
【００２２】
本適用例の姿勢制御システムは、本適用例のジャイロセンサー装置と、
前記ジャイロセンサー装置により駆動制御されるアクチュエーターと、を備えることを特徴とする。
このような姿勢制御システムによれば、姿勢制御の応答性を向上させることができる。
【００２３】
本適用例のカメラ装置は、本適用例のジャイロセンサー装置と、
前記ジャイロセンサー装置により駆動制御されるアクチュエーターと、
前記アクチュエーターにより支持部材に対する姿勢が変化する撮像部と、を備えることを特徴とする。
このようなカメラ装置によれば、優れた画振れ補正を実現することができる。
【００２４】
本適用例のカメラ装置では、前記撮像部は、撮像画像データを出力する撮像素子を含み、
前記ジャイロセンサー装置からの信号を用いて前記撮像画像データを処理する画像処理部を備えることが好ましい。
これにより、画振れ補正の性能をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すジャイロセンサー装置が備えるセンサー素子の素子片の平面図である。
【図４】図１に示すジャイロセンサー装置が備える制御回路のブロック図である。
【図５】図４に示す制御回路の主要部を示すブロック図である。
【図６】変形例１に係るジャイロセンサー装置が備える制御回路の主要部を示すブロック図である。
【図７】変形例２に係るジャイロセンサー装置が備える制御回路のブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例１を示す概念図である。
【図９】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例２を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例３を示す概念図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例４を示す概念図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備えるカメラ装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明のジャイロセンサー装置、姿勢制御システムおよびカメラ装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
１．ジャイロセンサー装置
図１は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１中Ａ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示すジャイロセンサー装置が備えるセンサー素子の素子片の平面図である。図４は、図１に示すジャイロセンサー装置が備える制御回路のブロック図である。図５は、図４に示す制御回路の主要部を示すブロック図である。
【００２８】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を適宜用いて説明を行う。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」と言う。また、以下では、図中、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、図２中上側（＋ｚ軸方向側）を「上」、下側（−ｚ軸方向側）を「下」と言う。また、図１では、説明の便宜上、後述するリッド９２の図示を省略している。
【００２９】
図１および図２に示すジャイロセンサー装置１は、モーター等のアクチュエーター１４およびそのアクチュエーター駆動回路１５と組み合わせて用いられ、ｚ軸まわりの角速度を検出する機能と、その検出結果に基づいてアクチュエーター駆動回路１５の駆動を制御する機能と、を有する。このジャイロセンサー装置１は、素子片２０（センサー素子片）および支持部材４を備えるセンサー素子２と、ＩＣチップ３（集積回路チップ）と、これらを収納するパッケージ９と、を有している。以下、ジャイロセンサー装置１を構成する各部を順次説明する。
【００３０】
（センサー素子）
センサー素子２は、ｚ軸まわりの角速度を検出する「面外検出型」の振動ジャイロセンサー素子である。このセンサー素子２は、図１および図２に示すように、素子片２０と、素子片２０を支持する支持部材４と、を有している。
【００３１】
素子片２０は、図３に示すように、いわゆるダブルＴ型と呼ばれる構造を有する。具体的に説明すると、素子片２０は、基部２１と、基部２１から延出した１対の検出用振動腕２３、２４および１対の連結腕２２１、２２２と、連結腕２２１から延出した１対の駆動用振動腕２５、２６と、連結腕２２２から延出した１対の駆動用振動腕２７、２８と、を有する。
【００３２】
ここで、検出用振動腕２３、２４は、基部２１からｙ軸方向に沿って互いに反対側へ延出している。駆動用振動腕２５、２６は、連結腕２２１の先端部からｙ軸方向に沿って互いに反対側へ延出している。同様に、駆動用振動腕２７、２８は、連結腕２２２の先端部からｙ軸方向に沿って互いに反対方向へ延出している。
【００３３】
本実施形態では、検出用振動腕２３の先端部には、基端部よりも幅が大きい錘部（ハンマーヘッド）２３１が設けられている。同様に、検出用振動腕２４の先端部には、錘部２４１が設けられ、駆動用振動腕２５の先端部には、錘部２５１が設けられ、駆動用振動腕２６の先端部には、錘部２６１が設けられ、駆動用振動腕２７の先端部には、錘部２７１が設けられ、駆動用振動腕２８の先端部には、錘部２８１が設けられている。このような錘部を設けることにより、センサー素子２の小型化および検出感度の向上を図ることができる。
【００３４】
本実施形態では、素子片２０は、圧電体材料で構成されている。かかる圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、素子片２０を構成する圧電体材料としては水晶（Ｚカット板）が好ましい。水晶で素子片２０を構成すると、素子片２０の振動特性（特に周波数温度特性）を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で素子片２０を形成することができる。
【００３５】
このように構成された素子片２０の駆動用振動腕２５、２６、２７、２８には、それぞれ、図示しないが、通電により駆動用振動腕２５、２６、２７、２８をｘ軸方向に屈曲振動させる１対の駆動電極（駆動信号電極および駆動接地電極）が設けられている。
【００３６】
また、素子片２０の検出用振動腕２３、２４には、それぞれ、図示しないが、検出用振動腕２３、２４のｘ軸方向での屈曲振動に伴って生じる電荷を検出する１対の検出電極（検出信号電極および検出接地電極）が設けられている。
【００３７】
また、基部２１には、複数の端子６７が設けられている。この複数の端子６７は、図示しない配線を介して、前述した検出用振動腕２３、２４に設けられた検出電極および駆動用振動腕２５〜２８に設けられた駆動電極に電気的に接続されている。
【００３８】
このような駆動電極、検出電極および端子６７の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いることができ、中でも、金を主材料とする金属（金、金合金）または白金を用いるのが好ましい。
【００３９】
なお、これら駆動電極等と素子片２０との間には、駆動電極等が素子片２０から剥離するのを防止する機能を有する下地層としてＴｉ、Ｃｒ等の層が設けられていてもよい。また、これら駆動電極等は、同一の成膜工程により一括形成することができる。
【００４０】
このような素子片２０は、基部２１にて、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）実装用の支持部材４を介してパッケージ９に支持されている。支持部材４は、図２に示すように、ポリイミド等の樹脂材料で構成されている絶縁性のフィルム４１と、フィルム４１の一方（図２中下側）の面上に接合され、銅等の金属材料で構成されている複数の配線４２と、を有する。ここで、複数の配線４２は、前述した素子片２０に設けられた複数の端子６７に対応して設けられている。また、フィルム４１の中央部には、デバイスホール４１１が形成されており、各配線４２は、フィルム４１上からこのデバイスホール４１１側に延出し、その延出した部分がフィルム４１側（上側）に折り曲げられている。そして、各配線４２の先端部が、図示しない金属バンプ等の接合材を介して、対応する端子６７に接続・固定されている。これにより、駆動電極および検出電極が端子６７に電気的に接続されるとともに、素子片２０が支持部材４に支持されている。
【００４１】
このように構成されたセンサー素子２は、次のようにしてｚ軸まわりの角速度ωを検出する。まず、１対の駆動電極間に電圧（駆動信号）を印加することにより、図３中矢印ａで示す方向に、駆動用振動腕２５と駆動用振動腕２７とを互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）させるとともに、駆動用振動腕２６と駆動用振動腕２８とを上記屈曲振動と同方向に互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）させる。このとき、センサー素子２に角速度が加わらないと、駆動用振動腕２５、２６と駆動用振動腕２７、２８とは、中心点（重心Ｇ）を通るｙｚ平面に対して面対称の振動を行っているため、基部２１、および連結腕２２１、２２２および検出用振動腕２３、２４は、ほとんど振動しない。
【００４２】
このように駆動用振動腕２５〜２８を駆動振動させた状態（駆動モード）で、センサー素子２にその重心を通る法線まわり（すなわちｚ軸まわり）の角速度ωが加わると、駆動用振動腕２５〜２８には、それぞれ、コリオリ力が働く。これにより、連結腕２２１、２２２が図中矢印ｂで示す方向に屈曲振動し、これに伴い、この屈曲振動を打ち消すように、検出用振動腕２３、２４の図中矢印ｃで示す方向の屈曲振動（検出振動）が励振される。そして、このような検出用振動腕２３、２４の検出振動（検出モード）によって１対の検出電極間に電荷が生じ、検出信号電極から検出信号が出力される。このような検出信号に基づいて、センサー素子２に加わった角速度ωを求めることができる。
【００４３】
（ＩＣチップ）
図２に示すＩＣチップ３（制御回路）は、前述したセンサー素子２に入力する駆動信号を生成する機能と、センサー素子２からの検出信号に基づいて角速度を検出する機能と、検出した角速度に基づいてアクチュエーター駆動回路１５の駆動制御を行う機能と、有する電子部品である。このＩＣチップ３は、図４に示すように、駆動回路３１と、検出回路３２（角速度検出回路）と、ＡＤ変換回路３３と、フィルター回路３４（抽出部）と、積分回路３５（角度算出回路）と、ＭＣＵ（Micro Control Unit）３６（アクチュエーター駆動信号生成回路）と、クロック生成回路３７と、記憶部３８と、を備える。
【００４４】
駆動回路３１は、図示しないが、例えば、発振回路と、自動利得制御回路と、を備え、発振回路で生成した駆動信号を自動利得制御回路で利得調整してセンサー素子２の駆動信号電極に入力することで、センサー素子２を駆動振動させる。
【００４５】
検出回路３２（角速度検出回路）は、同期検波回路である検波回路３２１を含んで構成されている。より具体的には、図示しないが、検出回路３２は、検波回路３２１の他に、例えば、電流電圧変換アンプと、ＡＣアンプと、９０度位相シフターと、を備える。そして、このような検出回路３２では、センサー素子２の検出信号電極から出力された検出信号を電流電圧変換アンプで電流信号から電圧信号に変換した後、ＡＣアンプで増幅し、検波回路３２１に入力される。また、検波回路３２１には、前述した駆動回路３１から駆動信号が９０度位相シフターを介して入力される。そして、検波回路３２１は、駆動信号を基準信号として同期検波することで、検出信号から角速度情報を抽出して検波信号として出力する。このように、検出回路３２は、センサー素子２からの検出信号に基づいて、角速度を検出する。
【００４６】
ＡＤ変換回路３３は、前述した検波回路３２１からの検波信号（角速度情報）をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。
【００４７】
フィルター回路３４（抽出部）は、例えば、ハイパスフィルターであり、ＡＤ変換回路３３からのデジタル信号から、所望の周波数帯域よりも低周波数帯域の成分を除去または低減し、所望の周波数帯域の角速度情報を有する信号を抽出して出力する。
【００４８】
積分回路３５（角度算出回路）は、フィルター回路３４からの信号（角速度情報）を時間積分することで、角度情報の信号を生成して出力する。
【００４９】
ＭＣＵ３６（アクチュエーター駆動信号生成回路）は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーと、ＲＯＭ（Read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーとを含んで構成され、メモリーに記憶されたプログラムをプロセッサーが適宜実行することで、以下の各種機能を実現する。
【００５０】
ＭＣＵ３６は、積分回路３５からの信号（角度情報）に基づいて、アクチュエーター駆動回路１５を駆動制御するアクチュエーター駆動信号を生成する機能を有する。また、ＭＣＵ３６は、積分回路３５からの信号（角度情報）に基づいて、アクチュエーター１４の制御の異常を検出する機能（異常検出部３６０）を有する。
【００５１】
ＭＣＵ３６が生成するアクチュエーター駆動信号は、アクチュエーター駆動回路１５の種類に応じて設定され、特に限定されないが、アクチュエーター１４がステッピングモーターである場合、ＭＣＵ３６は、例えば、図５に示すように構成されている。
【００５２】
図５に示すＭＣＵ３６は、積分回路３５の動作周波数と同じ動作周波数で動作する領域３６ａと、ステッピングモーター用のアクチュエーター駆動信号（運転パルス）の速度で動作する領域３６ｂとの２つの領域に分けられる。領域３６ａは、減算器３６ａ１と、遅延回路３６ａ２と、減算器３６ａ３と、パルス数／角度変換ゲイン３６ａ４と、加算器３６ａ５と、クリップ付量子化器３６ａ７と、Ｄｕｔｙ演算部３６ａ８と、を備える。領域３６ｂは、減算器３６ｂ１と、遅延回路３６ｂ２と、加算器３６ｂ３と、遅延回路３６ｂ４と、比較器３６ｂ５と、パルス数カウンター３６ｂ７と、を備える。
【００５３】
減算器３６ａ１は、積分回路３５からの角度データから遅延回路３６ａ２の出力データを減算して減算器３６ａ３に出力する。ここで、減算器３６ａ１および遅延回路３６ａ２が微分器を構成する。減算器３６ａ３は、減算器３６ａ１の出力データからパルス数／角度変換ゲイン３６ａ４の出力データを減算して加算器３６ａ５に出力する。ここで、パルス数／角度変換ゲイン３６ａ４は、パルス数を角度に変換するためのゲインに関するデータを出力する。加算器３６ａ５は、減算器３６ａ３の出力データと遅延回路３６ａ６の出力データとを加算してクリップ付量子化器３６ａ７に出力する。ここで、加算器３６ａ５および遅延回路３６ａ６は、積分器を構成する。クリップ付量子化器３６ａ７は、加算器３６ａ５の出力データを所定の量子化ステップで量子化してＤｕｔｙ演算部３６ａ８に出力する。Ｄｕｔｙ演算部３６ａ８は、クリップ付量子化器３６ａ７の出力データに基づいてＤｕｔｙ比を演算して領域３６ｂの減算器３６ｂ１に出力する。
【００５４】
減算器３６ｂ１は、Ｄｕｔｙ演算部３６ａ８の出力データ（Ｄｕｔｙ）から遅延回路３６ｂ２の出力データを減算して加算器３６ｂ３に出力する。加算器３６ｂ３は、減算器３６ｂ１の出力データと遅延回路３６ｂ４の出力データとを加算して比較器３６ｂ５に出力する。加算器３６ｂ３および遅延回路３６ｂ４は、積分器を構成する。比較器３６ｂ５は、加算器３６ｂ３の出力データと基準データとを比較し、その比較データがハイレベル（基準データより大きい）を出力している間、アクチュエーター駆動信号（運転パルス）を出力する。このアクチュエーター駆動信号（運転パルス）は、遅延回路３６ｂ２およびパルス数カウンター３６ｂ７にもそれぞれ入力される。パルス数カウンター３６ｂ７は、アクチュエーター駆動信号（運転パルス）のパルス数をカウントし、その結果を領域３６ａのパルス数／角度変換ゲインに出力する。
【００５５】
図４に示すクロック生成回路３７は、図示しない水晶発振器等の発振器からの信号に基づいて、ＩＣチップ３（制御回路）内の各部の動作用のクロック信号を生成する。そして、ＩＣチップ３内の各部は、このクロック信号に同期して動作を行う。
【００５６】
記憶部３８は、例えば、書き換え可能なメモリーであり、アクチュエーター１４の制御情報が記憶される。記憶部３８に記憶される情報の書き換えは、入力端子４０を通じて行うことが可能となっている。ここで、制御情報とは、ジャイロセンサー装置１がアクチュエーター１４またはアクチュエーター駆動回路１５の駆動制御に用いられる各種情報であり、例えば、制御の目標値（例えば設定角度）、制御条件、制御プログラム等を含む。そして、このうちの少なくとも一部を記憶部３８に記憶することができる。また、ＭＣＵ３６は、記憶部３８に記憶されている情報を適宜読み込んで利用（プログラムの実行等）することが可能となっている。
【００５７】
なお、前述した駆動回路３１、検出回路３２、ＡＤ変換回路３３、フィルター回路３４、積分回路３５、ＭＣＵ３６、クロック生成回路３７および記憶部３８は、そのすべてが１つのＩＣチップに設けられている場合に限らず、複数のＩＣチップ等に振り分けられていてもよい。
【００５８】
（パッケージ）
図１および図２に示すパッケージ９は、センサー素子２（素子片２０および支持部材４）およびＩＣチップ３（集積回路チップ）を収納するものである。
【００５９】
パッケージ９は、上面に開放する凹部を有する基体としてのベース９１と、ベース９１の凹部の開口を塞ぐようにベース９１に接合部材９３（シールリング）を介して接合されたリッド９２（蓋体）と、を有している。
【００６０】
ベース９１は、平板状の基板９１１と、基板９１１の上面に接合された枠状の基板９１２と、基板９１２の上面に接合された枠状の基板９１３と、基板９１３の上面に接合された枠状の基板９１４とで構成されている。これにより、ベース９１には、各基板９１１、９１２、９１３、９１４間に段差を有する凹部が形成されている。このようなベース９１の構成材料（基板９１１〜９１４の各構成材料）としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。
【００６１】
ベース９１の基板９１１上面には、基板９１２、９１３の開口部内に納まるように、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等を含んで構成された接着剤のような固定部材８２を介してＩＣチップ３が支持・固定されている。
【００６２】
また、基板９１２の上面には、複数の内部端子７２が設けられている。また、基板９１３の上面には、複数の内部端子７１が設けられている。
【００６３】
複数の内部端子７１は、ベース９１に設けられた配線（図示せず）を介して、対応する内部端子７２に電気的に接続されている。そして、複数の内部端子７１には、固定部材８１を介して、前述した支持部材４の配線４２の基端部が接合されている。これにより、素子片２０がベース９１に対して支持部材４を介して支持されている。固定部材８１は、例えば、半田、銀ペースト、導電性接着剤（樹脂材料中に金属粒子などの導電性フィラーを分散させた接着剤）等で構成されている。これにより、複数の内部端子７１が固定部材８１を介して支持部材４の複数の配線４２にそれぞれ電気的に接続されている。
【００６４】
複数の内部端子７２には、例えばボンディングワイヤーで構成された配線を介して、前述したＩＣチップ３が電気的に接続されている。
【００６５】
また、ベース９１の基板９１１の下面（センサー素子２とは反対側）には、ジャイロセンサー装置１が組み込まれる機器（外部機器）に実装される際に用いられる複数の外部端子７４が設けられている。この複数の外部端子７４は、それぞれ、図示しない内部配線を介して、対応する内部端子７２に電気的に接続されている。これにより、各外部端子７４は、ＩＣチップ３に電気的に接続されている。ここで、複数の外部端子７４は、前述した出力端子３９および入力端子４０を含む。
【００６６】
このような各内部端子７１、７２および各外部端子７４等は、それぞれ、例えば、タングステン（Ｗ）等のメタライズ層にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の被膜をメッキ等により積層した金属被膜からなる。
【００６７】
このようなベース９１には、接合部材９３を介してリッド９２が気密的に接合されている。これにより、パッケージ９内が気密封止されている。リッド９２は、例えば、ベース９１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼等の金属で構成されている。また、接合部材９３は、例えば、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼等の金属で構成されている。
【００６８】
このベース９１とリッド９２との接合は、例えば、シーム溶接、レーザー等のエネルギー線溶接等を用いて行われる。
【００６９】
以上のようなジャイロセンサー装置１は、前述したように、検出信号を出力するセンサー素子２と、制御回路を構成するＩＣチップ３と、センサー素子２およびＩＣチップ３を支持している基体であるベース９１と、ベース９１に設けられ、アクチュエーター駆動信号またはそれに基づく信号（本実施形態ではアクチュエーター駆動信号）を出力する出力端子３９と、を備える。ここで、ＩＣチップ３（制御回路）は、センサー素子２からの検出信号に基づいて角速度を検出する角速度検出回路である検出回路３２と、検出回路３２で検出した角速度に基づいて角度を算出する角度算出回路である積分回路３５と、積分回路３５で算出した角度に基づいてアクチュエーター駆動信号を生成するアクチュエーター駆動信号生成回路であるＭＣＵ３６と、を含む。また、アクチュエーター駆動信号は、アクチュエーター１４を駆動するアクチュエーター駆動回路１５の制御に用いることが可能である。
【００７０】
このようなジャイロセンサー装置１によれば、ＩＣチップ３が検出回路３２、積分回路３５およびＭＣＵ３６を含むため、これらの間に通信回路を介在させずに高速な信号処理によりアクチュエーター駆動信号を生成することができる。そのため、ジャイロセンサー装置１を用いたシステムの制御の応答性を高めることができる。また、ＩＣチップ３がセンサー素子２と同一のベース９１に支持されているため、通信回路を省略してＩＣチップ３が含む回路を１チップ化することが容易であり、ジャイロセンサー装置１の構成の簡単化を図ることもできる。
【００７１】
ここで、積分回路３５（角度算出回路）の動作周波数とＭＣＵ３６（アクチュエーター駆動信号生成回路）の動作周波数とが等しい。これにより、比較的簡単な構成で、積分回路３５とＭＣＵ３６との間での高速な信号処理を実現することができる。
【００７２】
本実施形態では、アクチュエーター１４は、回転型のステッピングモーターである。これにより、ジャイロセンサー装置１を用いて回転型のステッピングモーターであるアクチュエーター１４の駆動制御を行うことができる。
【００７３】
また、ジャイロセンサー装置１は、アクチュエーター１４の制御情報が入力される入力端子４０と、この制御情報が記憶される記憶部３８と、を備え、ＭＣＵ３６（アクチュエーター駆動信号生成回路）は、この制御情報を用いてアクチュエーター駆動信号を生成する。これにより、入力端子４０への制御情報の入力により、ジャイロセンサー装置１が制御可能なアクチュエーター１４の種類を変更することができる。
【００７４】
さらに、ジャイロセンサー装置１において、ＩＣチップ３（制御回路）は、検出回路３２（角速度検出回路）で検出した角速度から一部の周波数帯域における角速度を抽出する抽出部であるフィルター回路３４を含む。これにより、所望の周波数帯域（例えば、手振れ補正に適した周波数帯域）における高精度な制御を行うことができる。
【００７５】
また、ＩＣチップ３（制御回路）は、センサー素子２からの検出信号に基づいて、アクチュエーター１４の動作状態の異常を検出する異常検出部３６０を含む。これにより、ジャイロセンサー装置１を用いたシステムの利便性を向上させることができる。
【００７６】
（変形例１）
図６は、変形例１に係るジャイロセンサー装置が備える制御回路の主要部を示すブロック図である。
【００７７】
以下、変形例１について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７８】
変形例１に係るジャイロセンサー装置１Ａでは、ＭＣＵ３６の領域３６ａが、例えば、図６に示すように、減算器３６ａ９と、ゲイン３６ａ１０（またはフィルター）と、比較器３６ａ１１と、パルス数／角度変換ゲイン３６ａ４と、加算器３６ａ５と、クリップ付量子化器３６ａ７と、Ｄｕｔｙ演算部３６ａ８と、を備える。
【００７９】
減算器３６ａ９は、積分回路３５からの角度データからデータ入力部５０から入力された角度データを減算してゲイン３６ａ１０に出力する。
【００８０】
ゲイン３６ａ１０は、減算器３６ａ９の出力データを増幅して加算器３６ａ５に出力する。そして、加算器３６ａ５、クリップ付量子化器３６ａ７およびＤｕｔｙ演算部３６ａ８は、前述した実施形態と同様に動作して、Ｄｕｔｙ比のデータを領域３６ｂの減算器３６ｂ１に入力する。
【００８１】
このように、ジャイロセンサー装置１Ａでは、アクチュエーター１４の回転角度を設定するためのデータ入力部５０を備え、ＭＣＵ３６（アクチュエーター駆動信号生成回路）は、データ入力部５０の角度データとアクチュエーター駆動信号に基づく情報（パルス数／角度変換ゲイン３６２）とを比較し、その比較結果に関する情報を生成する。これにより、例えば、かかる情報を用いてアクチュエーター１４の回転角度を設定した値に制御を行うことができる。
【００８２】
以上説明したようなジャイロセンサー装置１Ａによっても、前述したジャイロセンサー装置１と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
（変形例２）
図７は、変形例２に係るジャイロセンサー装置が備える制御回路のブロック図である。
以下、変形例２について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００８４】
変形例２に係るジャイロセンサー装置１Ｂは、ＩＣチップ３（制御回路）がアクチュエーター駆動回路１５を含む以外は、前述したジャイロセンサー装置１と同様である。ここで、ジャイロセンサー装置１Ｂは、アクチュエーター駆動信号に基づく信号として、アクチュエーター駆動回路１５からの信号（駆動電力）を出力端子３９Ｂからアクチュエーター１４へ出力する。
【００８５】
このように、ＩＣチップ３（制御回路）は、アクチュエーター駆動回路１５を含む。これにより、ジャイロセンサー装置１Ｂの利便性を向上させることができる。
【００８６】
ここで、アクチュエーター駆動回路１５は、アクチュエーター１４の種類に応じて適宜設計される。例えば、アクチュエーター１４がＤＣモーターまたはＡＣモーターである場合、アクチュエーター駆動回路１５は、ＤＣモーターまたはＡＣモーター用の駆動回路とすることができる。これにより、ジャイロセンサー装置１Ｂを用いてＤＣモーターまたはＡＣモーターの駆動制御を行うことができる。
【００８７】
以上説明したようなジャイロセンサー装置１Ｂによっても、前述したジャイロセンサー装置１と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
２．姿勢制御システム
以下、本発明の姿勢制御システムの実施形態として、前述したジャイロセンサー装置１を備える姿勢制御システムの構成例１〜４について説明する。なお、以下では、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８９】
（構成例１）
図８は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例１を示す概念図である。
【００９０】
図８に示す姿勢制御システム１０は、対象物１３の振動を低減するシステム（制振システム）である。この姿勢制御システム１０は、図示しない基台に対して固定されているリンク１１と、リンク１１に対して回動可能に連結されているリンク１２と、リンク１２に取り付けられている対象物１３と、リンク１２をリンク１１に対して回動させる駆動力を発生させるモーター等のアクチュエーター１４と、アクチュエーター１４を駆動するアクチュエーター駆動回路１５と、リンク１１に取り付けられ、アクチュエーター駆動回路１５の駆動制御を行うジャイロセンサー装置１（または１Ｂ）と、を備える。
【００９１】
この姿勢制御システム１０では、ジャイロセンサー装置１が、振動による角速度を受けたとき、その角速度を時間積分して得られる角度を打ち消すように、アクチュエーター１４の駆動を制御（開ループ制御）する。これにより、対象物１３の振動を低減すること（制振を行うこと）ができる。
【００９２】
以上のような姿勢制御システム１０は、ジャイロセンサー装置１（または１Ｂ）と、ジャイロセンサー装置１（または１Ｂ）により駆動制御されるアクチュエーター１４と、を備える。このような姿勢制御システム１０によれば、姿勢制御の応答性を向上させることができる。
【００９３】
（構成例２）
図９は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例２を示す概念図である。
【００９４】
図９に示す姿勢制御システム１０Ａは、ジャイロセンサー装置１（または１Ｂ）の設置位置および制御方法が異なる以外は、前述した構成例１と同様である。この姿勢制御システム１０Ａでは、ジャイロセンサー装置１がリンク１２に取り付けられており、ジャイロセンサー装置１が、振動による角速度を受けたとき、その角速度を時間積分して得られる角度が一定となるように、アクチュエーター１４の駆動を制御（閉ループ制御）する。これによっても、対象物１３の振動を低減すること（制振を行うこと）ができる。
【００９５】
以上のような姿勢制御システム１０Ａによっても、姿勢制御システム１０と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
（構成例３）
図１０は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例３を示す概念図である。
【００９７】
図１０に示す姿勢制御システム１０Ｂは、モーターであるアクチュエーター１４の回転部１４１の回転角度（または回転速度）を設定した状態となるように制御するシステムである。この姿勢制御システム１０Ｂは、アクチュエーター１４と、アクチュエーター駆動回路１５と、アクチュエーター１４の回転部１４１に取り付けられているジャイロセンサー装置１Ａと、を備える。ここで、ジャイロセンサー装置１Ａには、制御情報として設定回転角度（または設定回転速度）が入力される。
【００９８】
この姿勢制御システム１０Ｂでは、ジャイロセンサー装置１Ａが、検出した角速度を時間積分して得られる角度（または角速度）と設定回転角度（または設定回転速度）とを比較し、その差分に応じて、アクチュエーター１４の駆動を制御する。これにより、回転部１４１を設定した回転角度（または回転速度）とすることができる。
【００９９】
以上のような姿勢制御システム１０Ｂによっても、姿勢制御システム１０と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
（構成例４）
図１１は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備える姿勢制御システムの構成例４を示す概念図である。
【０１０１】
図１１に示す姿勢制御システム１０Ｃは、対象物１３の位置または姿勢を設定した状態となるように制御するシステムであり、ジャイロセンサー装置１（または１Ｂ）に代えてジャイロセンサー装置１Ａを備えるとともに制御方法が異なる以外は、前述した構成例２と同様である。この姿勢制御システム１０Ｃでは、ジャイロセンサー５０がアクチュエーター１４の回転部に取り付けられているとともに、ジャイロセンサー装置１Ａがリンク１２に取り付けられている。また、ジャイロセンサー装置１Ａには、制御情報として設定回転角度が入力される。そして、ジャイロセンサー装置１Ａは、振動による角速度を受けたとき、その角速度を時間積分して得られる角度と設定回転角度とを比較し、その差分に応じて、アクチュエーター１４の駆動を制御する。これにより、対象物１３を所望の姿勢とすることができる。
【０１０２】
以上のような姿勢制御システム１０Ｃによっても、姿勢制御システム１０と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
３．カメラ装置
以下、本発明のカメラ装置の実施形態として、前述した姿勢制御システムを備えるカメラ装置について説明する。なお、以下では、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０４】
図１２は、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー装置を備えるカメラ装置の構成例を示す概略図である。
【０１０５】
図１２に示すカメラ装置１００は、ケース１０１と、光学レンズユニット１０２およびＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子１０３が備えられている撮像部である撮像ユニット１０６と、ジャイロセンサー装置１（または１Ａ、１Ｂ）と、ケース１０１を支持する棒状の支持部材１０４と、撮像素子１０３の撮像画像データを処理する画像処理部１０５と、アクチュエーター１４と、アクチュエーター駆動回路１５と、を備える。
【０１０６】
ここで、ジャイロセンサー装置１は、その検出軸（ｚ軸）が撮像ユニット１０６の光軸、すなわち光学レンズユニット１０２の光軸ａｘに交差（例えば直交）するように配置されている。また、光学レンズユニット１０２および撮像素子１０３は、アクチュエーター１４により支持部材１０４に対して姿勢の変更が可能な図示しないユニットフレームに支持されて撮像ユニット１０６が構成されている。
【０１０７】
このようなカメラ装置１００では、ジャイロセンサー装置１が振動による角速度を受けたとき、その角速度に基づいて、当該振動による撮像画像の変化を打ち消すように、アクチュエーター１４の駆動を制御して、撮像部の支持部材１０４に対する姿勢を変更する。これにより、いわゆる画振れ補正を行うことが可能となる。また、画像処理部１０５は、ジャイロセンサー装置１からの信号（例えば角度情報）を用いて、当該振動による撮像画像の変化を打ち消すように、撮像素子１０３の撮像画像データの画像処理を行う。
【０１０８】
以上のようなカメラ装置１００は、ジャイロセンサー装置１（または１Ａ、１Ｂ）と、ジャイロセンサー装置１により駆動制御されるアクチュエーター１４と、アクチュエーター１４により支持部材１０４に対する姿勢が変化する撮像部である撮像ユニット１０６と、を備える。このようなカメラ装置１００によれば、優れた画振れ補正を実現することができる。本実施形態では、撮像部である光学レンズユニット１０２と撮像素子１０３とそれらを支持するユニットフレームからなる撮像ユニット１０６の姿勢を変化させる例を示したが、撮像部の内の光学レンズユニット１０２の一部のレンズの姿勢のみを変化させたり、撮像素子１０３の位置を変化させてもよい。
【０１０９】
ここで、カメラ装置１００は、撮像画像データを出力する撮像素子１０３と、ジャイロセンサー装置１からの信号を用いて撮像画像データを処理する画像処理部１０５と、を備える。これにより、画振れ補正の性能をさらに高めることができる。
【０１１０】
以上、本発明のジャイロセンサー装置、姿勢制御システムおよびカメラ装置を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前述した実施形態（変形例、構成例）の任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１１１】
また、前述した実施形態では、センサー素子の素子片が圧電体材料で構成されている場合を例に説明したが、素子片は、シリコン、石英等の非圧電体材料で構成されていてもよい。この場合、例えば、非圧電体材料で構成された基体上に圧電体素子を設ければよい。また、この場合、シリコンで素子片を構成すると、優れた振動特性を有する素子片を比較的安価に実現することができる。また、公知の微細加工技術を用いてエッチングにより高い寸法精度で素子片を形成することができる。そのため、素子片の小型化を図ることができる。
【０１１２】
また、前述した実施形態では、素子片の駆動方式として逆圧電効果を利用した圧電駆動方式を用いた場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば、静電引力を用いた静電駆動方式、電磁力を用いた電磁駆動方式等を用いることができる。同様に、前述した実施形態では、素子片の検出方式として圧電効果を利用した圧電検出方式を用いた場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば、静電容量を検出する静電容量検出方式、ピエゾ抵抗の抵抗値を検出するピエゾ抵抗検出方式、誘起起電力を検出する電磁検出方式、光学検出方式等を用いることができる。また、駆動方式と検出方式は、上述した方式を任意の組み合わせで用いることができる。
【０１１３】
また、センサー素子の素子片の形状は、前述した形状に限定されず、公知の各種センサー素子の形状を適用可能である。例えば、前述した実施形態では、検出用振動腕が駆動用振動腕とは別体として設けられている場合を例に説明したが、これに限定されず、駆動用振動腕が検出用振動腕を兼ねていてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１…ジャイロセンサー装置、１Ａ…ジャイロセンサー装置、１Ｂ…ジャイロセンサー装置、２…センサー素子、３…ＩＣチップ、４…支持部材、９…パッケージ、１０…姿勢制御システム、１０Ａ…姿勢制御システム、１０Ｂ…姿勢制御システム、１０Ｃ…姿勢制御システム、１１…リンク、１２…リンク、１３…対象物、１４…アクチュエーター、１５…アクチュエーター駆動回路、２０…素子片、２１…基部、２３…検出用振動腕、２４…検出用振動腕、２５…駆動用振動腕、２６…駆動用振動腕、２７…駆動用振動腕、２８…駆動用振動腕、３１…駆動回路、３２…検出回路、３３…ＡＤ変換回路、３４…フィルター回路、３５…積分回路、３６…ＭＣＵ、３６ａ…領域、３６ａ１…減算器、３６ａ１０…ゲイン、３６ａ１１…比較器、３６ａ２…遅延回路、３６ａ３…減算器、３６ａ４…パルス数／角度変換ゲイン、３６ａ５…加算器、３６ａ６…遅延回路、３６ａ７…クリップ付量子化器、３６ａ８…Ｄｕｔｙ演算部、３６ａ９…減算器、３６ｂ…領域、３６ｂ１…減算器、３６ｂ２…遅延回路、３６ｂ３…加算器、３６ｂ４…遅延回路、３６ｂ５…比較器、３６ｂ７…パルス数カウンター、３７…クロック生成回路、３８…記憶部、３９…出力端子、３９Ｂ…出力端子、４０…入力端子、４１…フィルム、４２…配線、５０…ジャイロセンサー、６７…端子、７１…内部端子、７２…内部端子、７４…外部端子、８１…固定部材、８２…固定部材、９１…ベース、９２…リッド、９３…接合部材、１００…カメラ装置、１０１…ケース、１０２…光学レンズユニット、１０３…撮像素子、１０４…支持部材、１０５…画像処理部、１４１…回転部、２２１…連結腕、２２２…連結腕、２３１…錘部、２４１…錘部、２５１…錘部、２６１…錘部、２７１…錘部、２８１…錘部、３２１…検波回路、３６０…異常検出部、４１１…デバイスホール、９１１…基板、９１２…基板、９１３…基板、９１４…基板、Ｇ…重心、ａ…矢印、ａｘ…光軸、ｂ…矢印、ｃ…矢印、ω…角速度
【図１】
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【図２】
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【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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