(57)【要約】【課題】小型で、且つ加速度検出感度の高い加速度計を提供する。【解決手段】加速度検出用の振り子６２と、振り子の揺動位置を検出する位置検出手段６７と、位置検出手段の検出結果に基づいて振り子の揺動を抑えるように振り子に推力を与える駆動手段６５と、駆動手段の出力に基づいて振り子に加わる加速度信号を出力する加速度信号出力手段と、振り子の揺動位置を規制する位置規制手段６１ａ，６１ｂと、加速度信号出力手段の信号に基づいて振り子の揺動初期位置を制御する揺動初期位置制御手段とを有する。【選択図】図１
2009264790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度検出用の振り子と、
前記振り子の揺動位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記振り子の揺動を抑えるように前記振り子に推力を与える駆動手段と、
前記駆動手段の出力に基づいて前記振り子に加わる加速度信号を出力する加速度信号出力手段と、
前記振り子の揺動位置を規制する位置規制手段と、
前記加速度信号出力手段の信号に基づいて前記振り子の揺動初期位置を制御する揺動初期位置制御手段とを有することを特徴とする加速度計。
【請求項２】
前記揺動初期位置制御手段は、前記振り子に前記駆動手段が与える推力を変化させて前記振り子が前記位置規制手段に接触しない揺動位置を検出し、該揺動位置を揺動初期位置とすることを特徴とする請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記揺動初期位置制御手段は、前記揺動初期位置にある前記振り子を所定振幅で振動させた時に、前記振り子が前記位置規制手段に接触しないことを検出することによって、加速度検出範囲を確認することを特徴とする請求項２に記載の加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置等に具備される像振れ補正装置に搭載され、該撮像装置に加わる手振れなどの微小加速度を検出するのに好適な加速度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在のカメラは露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業は全て自動化され、カメラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。また、最近では、カメラに加わる手振れ等の振れを防ぐシステムも研究されており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は殆ど無くなってきている。
【０００３】
ここで、手振れ等の振れ（振動）による像振れを防ぐシステムについて簡単に説明する。撮影時のカメラの振れは、周波数として通常１Ｈｚないし１０Ｈｚの振動である。シャッタのレリーズ時点においてこのような振れを起こしていても像振れの無い写真を撮影可能とするための基本的な考えとして、上記振れによるカメラの振れを検出し、その検出値に応じて像振れを抑制する方向に例えば補正レンズを変位させなければならない。従って、カメラ振れが生じても像振れが生じない写真を撮影するためには、第１に、カメラの振れを正確に検出し、第２に、振れによる光軸変化を補正することが必要となる。
【０００４】
上記カメラの振れ検出は、原理的にいえば、加速度、角加速度、角速度、角変位等を検出し、カメラの振れ補正の為にその出力を適宜演算処理する手段をカメラに搭載することによって行うことができる。そして、この検出情報に基づき撮影光軸を偏心させるための例えば補正レンズを具備する像振れ補正装置を駆動させて像振れ抑制が行われる。
【０００５】
図６は一眼レフカメラを示す図であり、詳しくは、図６（ａ）は一眼レフカメラの平面図、図６（ｂ）はその側面図である。
【０００６】
図６（ａ），（ｂ）において、一眼レフカメラに装着される交換レンズ８０に搭載される像振れ補正装置は、光軸８１に対して矢印８２ｐ，８２ｙで示すカメラ縦振れ及び横振れに対し、像振れ補正を行う。尚、カメラ本体８３の中で、８３ａはレリーズボタン、８３ｂはモードダイアル（メインスイッチを含む）、８３ｃはリトラクタブルストロボ、８３ｄはカメラＣＰＵである。８４は撮像素子、８５は、補正レンズ８６を矢印８５ｐ，８５ｙ方向に自在に駆動して矢印８２ｐ，８２ｙ方向の像振れ補正を行う像振れ補正装置である。８６ｐ，８６ｙは各々矢印８２ｐ，８２ｙ回りの振れを検出する角速度計である（矢印８６ｐａ，８６ｙａは各々の検出感度方向である）。角速度計８６ｐ，８６ｙの出力はレンズＣＰＵ８７で演算されて像振れ補正装置（補正レンズ８６）の駆動目標値に変換される。
【０００７】
カメラ本体８３に設けられたレリーズボタン８３ａの半押し（以下、スイッチＳ１のオン：撮影準備の為に測光、ピント合わせを指令する操作）に同期して駆動目標値はドライバ８８を介して像振れ補正装置に具備されるコイルに入力されて像振れ補正が始まる。
【０００８】
図６を用いて説明した像振れ補正装置８５では、手振れ等の振れ検出用に角速度計８６ｐ，８６ｙを用いている。カメラ本体８３には、矢印８２ｐ，８２ｙ回りの回転振ればかりではなく、矢印１１ｐｂ，１１ｙｂに示した平行振れも加わる。しかし、一般的な撮影条件では矢印８２ｐ，８２ｙ回りの回転振れが支配的であり、矢印１１ｐｂ，１１ｙｂに示した平行振れによる像劣化は少ない。そのため、振れ検出用には角速度計８６ｐ，８６ｙだけを設ければよい。
【０００９】
ところが、至近距離での撮影（撮影倍率の高い撮影条件）では、矢印１１ｐｂ，１１ｙｂに示した平行振れ（以下、シフト振れ）による像劣化も無視できなくなってくる。例えば、マクロ撮影のように被写体に２０ｃｍ程度まで接近して撮影する条件や、被写体は１ｍ程度に位置していても、撮影光学系の焦点距離が非常に大きい場合（例えば４００ｍｍ）では、積極的にシフト振れを検出して像振れ補正装置を駆動する必要がでてくる。そのため、角速度計８６ｐ，８６ｙとは別にシフト振れ検出用に加速度計１１ｐ，１１ｙ（１１ｐａ，１１ｙａは各々シフト振れによる加速度検出方向）を設ける。そして、その出力も角速度計８６ｐ，８６ｙ出力に加えて像振れ補正装置８５を駆動して像振れ補正を行うシステムも構想されている。
【００１０】
一般に手振れの加速度は重力の１０００分の１程度で極めて小さく、その検出を行う為には高精度の加速度計が必要になってくる。この様な高精度の加速度検出を行うのにはサーボ型の加速度計が適している。
【００１１】
図７はサーボ型の加速度計の概念図であり、図７（ａ）は加速度計の平面図、図７（ｂ）はその断面図である。
【００１２】
図７（ａ），（ｂ）において、６１は外装枠、６２は加速度を検出する振り子である。６３は外装枠６１に対して振り子６２を矢印６４方向に揺動可能に保持する板バネであり、例えば振り子６２の重さと板バネ６３のばね定数で求まる固有振動数が数Ｈｚになるように設定された極めて弱い板バネである。振り子６２には駆動コイル６５が設けられており、駆動コイル６５に駆動電流を印加すると、外装枠６１に設けられた永久磁石６６との関連によりの振り子６２は矢印６４方向に揺動する。６７は外装枠６１に設けられた位置検出部である位置センサである。該位置検出センサ６７は例えば振り子６２の切欠部６２ｃの位置を光学的に検出するフォトセンサなどで構成される。
【００１３】
図８はサーボ型加速度計の構成を示すブロック図である。位置検出センサ６７では振り子６２の位置が検出され、増幅器７１でその出力が増幅されてコイル駆動部７２を介して駆動コイル６５（図７参照）にその信号に基づく電流が印加される。ここで、駆動コイル６５への電流は、振り子６２が大きく振れようとするとそれを妨げる方向に印加する、いわゆる負帰還となっている（メカニカルフィードバック）。その為、加速度が加わり、その加速度により振り子６２が大きく振れようとしても、駆動コイル６５がその振れを抑えている。
【００１４】
前述した様に板バネ６３は極めて弱いので、僅かな加速度でも振り子６２は揺動する。その為、高精度な位置検出ができる。振り子６２は位置検出センサ６７の中心位置近傍に電気的に安定化されているので、大きな加速度が加わっても振り子６２が外装６１に接触してしまう事は無い。加速度の検出は、コイル駆動部７２が駆動コイル６５に印加する駆動電流で行える。何故ならば、前述した様に振り子６２の揺動を駆動コイル印加電流で抑えており、駆動コイル６５の印加電流は入力される加速度と比例する為である。この様な構成にすると、僅かな加速度の検出が出来ると共に、加速度検出帯域も広い加速度計を実現でき、正確なシフト振れの検出が可能になる。
【００１５】
上記説明したサーボ型加速度計において、板バネ６３が弱い事により、以下の様な問題がある。
【００１６】
・電源オフ時の外乱振動などで振り子６２が大きく振られて損傷してしまう。
・電源オフ時に重力の方向に振り子６２が落下していると、それにより板バネ６３が撓んだ状態で保持される。そして、そこから復帰時に板バネ６３の撓みの復元が加速度検出精度を劣化させる。即ち、板バネ６３が弱い事による信頼性低下を招いている。
【００１７】
上記問題を解決する為には、板バネ６３のバネ定数を強くすれば良いのであるが、その様にすると今度は加速度の検出感度が低下する恐れがある。特許文献１では、加速度計の振り子を板バネとは別に磁気的に吸引して外乱に強くしている。又、特許文献２では、加速度計の加速度検出時のみ退避する振り子付勢機構を設けている。
【特許文献１】特開昭６２−０５４１６８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５７５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１においては、板バネによるバネ力に磁気的なバネ力が加わり、総合したバネ力が大きくなるので、加速度の検出感度が劣化する。また、特許文献２では、加速度検出時に振り子付勢機構を退避させるための機構も必要になり、大型化してしまう。
【００１９】
（発明の目的）
本発明の目的は、小型で、且つ加速度検出感度の高い加速度計を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、加速度検出用の振り子と、前記振り子の揺動位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記振り子の揺動を抑えるように前記振り子に推力を与える駆動手段と、前記駆動手段の出力に基づいて前記振り子に加わる加速度信号を出力する加速度信号出力手段と、前記振り子の揺動位置を規制する位置規制手段と、前記加速度信号出力手段の信号に基づいて前記振り子の揺動初期位置を制御する揺動初期位置制御手段とを有する加速度計とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型で、且つ加速度検出感度の高い加速度計を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。
【実施例】
【００２３】
図１は本発明の一実施例に係るサーボ型加速度計を示す構成図である。図７（ａ）の従来のサーボ型加速度計と異なるのは、外装枠６１に、振り子６２の位置規制部６１ａ，６１ｂを設けている点である。また、６２ａ，６２ｂは振り子６２の中心付近の側面で位置規制部６１ａ，６１ｂと接触する揺動中心部である。
【００２４】
上記位置規制部６１ａ，６１ｂと振り子６１の隙間は、例えば０．０５ｍｍなど極めて僅かに設定されている。位置規制部６１ａ，６１ｂは振り子６２の衝撃力中心に配置され、振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに当たった時にも、該振り子６２における不要なモーメントは少ない。振り子６２は前述した様に位置検出センサ６７の検出する所定位置に電気的に駆動コイル６５によって保持される。加速度が入力された時も、その加速度に対して十分大きな駆動力で振り子６２を保持するので、振り子６２の揺動は殆ど無い。その為、図１のように、位置規制部６１ａ，６１ｂを設けても加速度検出に支障は無い。
【００２５】
上記位置規制部６１ａ，６１ｂがあることにより、振り子６２が大きく動く事は無く、板バネ６３の撓みは少ない。その為に、加速度検出の板バネ６３の撓み復帰による検出誤差を防ぐ事が出来る。また、電源オフ時に大きな外乱が加わった場合でも、振り子６２の揺動中心部６２ａ，６２ｂと位置規制部６１ａ，６１ｂの隙間が僅かな為に振り子６２が大きく揺動することは無く、振り子６２の損傷は殆ど無い。この様に隙間を極力詰めた位置規制部６１ａ，６１ｂを設けることは加速度計の信頼性に対する効果が大きなものとなる。
【００２６】
しかしながら、上記の様に振り子６２の揺動範囲を詰めてゆく（位置規制部６１ａ，６１ｂと振り子６２の隙間を詰めていく）と、振り子６２を位置規制部６１ａ，６１ｂで求まる揺動範囲内に電気的保持していく事が難しくなる。
【００２７】
振り子６２の切欠部６２ｃの揺動位置を検出する位置検出センサ６７はフォトカプラなどの光学的センサやホール素子などの磁気的センサが用いられるが、その出力は経時的、或いは温度湿度などの環境変化で変動する。その為、出荷時に上記位置規制部６１ａ，６１ｂの定める揺動範囲内に振り子６２が電気的に安定するように電気調整されていたとしても、その後の変動で位置検出センサ６７にバイアス信号が重畳して揺動範囲が変化する虞がある。その為に最悪の場合、振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂのいずれかにぶつかった状態で電気的に制御される事になる。
【００２８】
この様になると加速度の検出が出来ないばかりでなく、駆動コイル６５に常に大量の電流が印加されて加速度計を壊してしまう。何故ならば、振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっているということは、該位置規制部６１ａ，６１ｂから振り子６２に対して常に一定の加速度が加わっている事と等価となり、その加速度に見合った電流が常に駆動コイル６５に流れる為である。
【００２９】
そこで、本実施例では、加速度計の使用開始時に、振り子６２の揺動範囲を自動調整する構成にしている。
【００３０】
図２では、矢印２１方向に重力Ｇが加わり、振り子６２が図示されるように垂れ下がった状態にある。実際には位置規制部６１ａ，６１ｂのおかげで重力Ｇがこの方向に加わっていない時と殆ど変化は無いが、図２では強調して描いている。この状態で加速度計を起動（電源オン）させると、振り子６２は位置検出センサ６７が定める所定揺動位置に復帰し、加速度検出を始める。
【００３１】
ここで、本実施例１における加速度計の起動時の特徴を、図３〜図５を用いて説明する。
【００３２】
図３は、本実施例に係る加速度計の構成を示すブロック図であり、加速度信号がレンズＣＰＵ８７に入力され、該レンズＣＰＵ８７から振り子を目標位置に停止させる為に必要なの電流値である駆動目標値３１が位置検出センサ６７の出力に重畳される。この駆動目標値３１を増幅器７１、コイル駆動部７２を介してレンズＣＰＵ８７で変化させる事で、振り子６２を走査して（徐々に目標値を変化させていき）最も安定して加速度検出できる、該振り子６２の揺動範囲を検出する。
【００３３】
図４は、この検出動作時のタイムチャートであり、横軸は経過時間、縦軸はそれぞれ駆動目標値３１及び加速度信号３２である。
【００３４】
例えば位置検出センサ６７の出力にバイアスオフセットが重畳しており、振り子６２の揺動範囲が位置規制部６１ａ，６１ｂに定める揺動範囲とずれているとする。この時、振り子６２を駆動コイル６５で制御すると、前述した様に振り子６２は位置規制部６１ａ，６１ｂのいずれかにぶつかってしまう。この時、加速度信号３２は破線３２ａで示す１Ｇ（重力加速度）時の加速度信号よりも大きな信号が発生する。
【００３５】
ここで、レンズＣＰＵ８７により駆動目標値３１を変化させながら振り子６２を走査していくと、振り子６２と位置規制部６１ａ，６１ｂが解離した時点で加速度信号３２は急激に変化する（実線３２ｂ参照）。その後、レンズＣＰＵ８７は駆動目標値３１を交番的に変化させて振り子６２を僅かに（例えば振り子６２が１．２Ｇ程度の加速度を検出する程度の振幅）振動させる。この振動でも、振り子６１が位置規制部６１ａ，６１ｂと再度当接する場合には、加速度出力は急激に変化する（実線３２ｃ参照）。
【００３６】
そして、再度当接することが分かった場合には、振り子６２の揺動範囲が不適切な為に、再度駆動目標値３１を変化させる（実線３１ａ参照）。同様に、振り子６２に振動を与えて位置規制部６１ａ，６１ｂに当接するかを判定し、当接しないことが判ったら、レンズＣＰＵ８７はこの時の駆動目標値３１を固定して位置検出センサ６７の出力に常に重畳させて加速度計の制御を行う。これにより、加速度計は所定の加速度（例えば±１．２Ｇ）の安定検出が出来る様になる。
【００３７】
図５は、以上の動作を説明するためのフローチャートであり、このフローは加速度計の起動開始と共にスタートする。
【００３８】
ステップ＃１００１では、レンズＣＰＵ８７は、駆動コイル６５の電流値を読み、その電流値から入力されている加速度を検出する。その結果、入力される加速度が±１Ｇ以内と検出した場合には、振り子６２は位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっていないと判定し、ステップ＃１００６へ進む。振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっていると判定した場合はステップ＃１００２へ進む。
【００３９】
ステップ＃１００２では、レンズＣＰＵ８７は、駆動コイル６５への駆動電流を減少させる方向に駆動目標値３１を出力する。そして、次のステップ＃１００３にて、上記ステップ＃１００１と同様、駆動コイル６５の電流値を読み、その電流値から入力されている加速度を検出する。その結果、入力される加速度が±１Ｇ以内と検出した場合には、振り子６２は位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっていないと判定してステップ＃１００６へ進む。振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっていると判定した場合はステップ＃１００４へ進む。
【００４０】
ステップ＃１００４では、レンズＣＰＵ８７は、駆動目標値３１をどれだけ変化させたか、詳しくはオフセット所定値以上か否かを判定し、オフセット所定値未満の場合はステップ＃１００２に戻る。ここでオフセット所定値とは、加速度±１Ｇを検出しても振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに接触しないために必要な振り子６２の可動領域を移動させる電流値である。そして、再度駆動目標値を変更して（振り子６２の位置を変更して）、駆動コイル６５の電流値を検出する動作を繰り返す。
【００４１】
何度か駆動目標値３１を変更しても駆動コイル６５に流れる電流が変化しない、つまりオフセット所定値以上の場合には、レンズＣＰＵ８７は、ステップ＃１００５へ動作を進める。そして、加速度計の故障をカメラ或いはレンズに表示すると共に、マクロ防振（マクロ撮影での像振れ補正）を禁止する。
【００４２】
振り子６２は位置規制部６１ａ，６１ｂに当たっていないと判定してステップ＃１００６へ進むと、レンズＣＰＵ８７は、駆動目標値３１を交番的に変化させる（所定振幅させる）事で振り子６２を加振する。続くステップ＃１００７では、その時の駆動コイル６５の電流値の変化を検出し、その変化が所定以内の場合には、振り子６２が振動しても位置規制部６１ａ，６１ｂに当接していないので、この加速度計は加速度検出可能として、このフローを終了する。
【００４３】
一方、上記ステップ＃１００７にて駆動コイル６５の電流が急激に変化している（電流変化所定より大である）と判定した場合には、レンズＣＰＵ８７は、ステップ＃１００８へ動作を進める。そして、振り子６２の加振中心を、該振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂと当たらない方向にシフトさせて（駆動目標値を変更することにより）して、ステップ＃１００６に戻る。
【００４４】
以上のように、
・位置規制部６１ａ，６１ｂから離脱させる（ステップ＃１００１〜＃１００４）
・加速度検出範囲を確保する（ステップ＃１００６〜＃１００８）
という２つの段階を経て、加速度計を起動するようにしている。
【００４５】
図５に示したような加速度計の起動制御を行う事で、振り子可動範囲が狭い加速度計においても、経時、環境によらず、安定した加速度検出が行えるようになった。
【００４６】
以上の実施例においては、サーボ型加速度計の振り子揺動範囲を極力狭くする事で、小型で、且つ加速度検出感度の高い加速度計とするようにしている。さらに、その様に位置規制する事による振り子の揺動範囲を自動的に調整可能としている。
【００４７】
上記の効果を得るために、本実施例におけるサーボ型加速度計を、以下のような構成にしている。つまり、加速度検出用の振り子６２と、振り子部の揺動位置を検出する位置検出センサ６７と、位置検出センサ６７の検出結果に基づいて振り子６２の揺動を抑えるように該振り子６２に推力を与える駆動コイル６５とを有する。さらに、駆動コイル６５の出力に基づいて振り子６２に加わる加速度信号を出力するコイル駆動部７２と、振り子６２の揺動位置を規制する位置規制部６１ａ，６１ｂとを有する。さらに、加速度信号出力部であるコイル駆動部７２の信号に基づいて振り子６２の揺動初期位置を制御するレンズＣＰＵ８７を有する。
【００４８】
レンズＣＰＵ８７は、振り子６２を加振させて該振り子６２が位置規制部６１ａ，６１ｂに接触しない揺動位置を検出し、この位置を揺動初期位置としている。更に詳しくは、振り子６２を所定振幅で振動させ、その時に位置規制部６１ａ，６１ｂと接触しない振動位置をコイル駆動部７２の出力に基づいて検出して、振り子６２の揺動初期位置を設定するようにしている。
【００４９】
（本発明と実施例の対応）
振り子６２が本発明の加速度検出用の振り子に、位置検出センサ６７が本発明の振り子６２の揺動位置を検出する位置検出手段に、駆動コイル６５が本発明の駆動手段に、コイル駆動部７２が本発明の加速度信号出力手段に、それぞれ相当する。また、位置規制部６１ａ，６１ｂが本発明の位置規制手段に相当する。また、レンズＣＰＵ８７が、本発明の、振り子に駆動手段が与える推力を変化させて振り子が位置規制手段に接触しない揺動位置を検出し、該揺動位置を揺動初期位置とする揺動初期位置制御手段に相当する。また、この揺動初期位置制御手段は、揺動初期位置にある振り子を所定振幅で振動させた時に、振り子が位置規制手段に接触しないことを検出することによって、加速度検出範囲を確認する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上、サーボ型加速度計の信頼性向上及び起動安定化について、デジタルカメラに具備される像振れ補正装置を例にしてシフト振れ対策の説明で説明したが、本発明の加速度計は、カメラに拘わらず、ナビゲーション装置などにも展開できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る加速度計を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る加速度計の待機時の様子を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る加速度計の制御系の概略を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に係る加速度計の起動時のタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施例に係る加速度計の起動時のレンズＣＰＵの動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の加速度を具備した像振れ補正機能を有する一眼レフカメラの上面及び側面を示す構成図である。
【図７】従来の加速度計の平面及び側面を示す構成図である。
【図８】図７の加速度計の制御系の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ｐ    加速度計
１１ｙ    加速度計
６１      外装枠
６１ａ    位置規制部
６１ｂ    位置規制部
６２      振り子
６２ａ    揺動中心部
６２ｂ    揺動中心部
６２ｃ    切欠部
６３      板バネ
６５      駆動コイル
６６      永久磁石
６７      位置検出センサ
７２      コイル駆動部
８７      レンズＣＰＵ
【図１】
2009264790.tif 000003
【図２】
2009264790.tif 000004
【図３】
2009264790.tif 000005
【図４】
2009264790.tif 000006
【図５】
2009264790.tif 000007
【図６】
2009264790.tif 000008
【図７】
2009264790.tif 000009
【図８】
2009264790.tif 000010