| 【発明の名称】 |
角速度検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】明石 照久
【氏名】大津 満雄
【氏名】角田 莞爾
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| 【要約】 |
【課題】メカニカルカップリングを無くしながら、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを一致させ、角速度に対する感度が最大となる形状の振動梁を用いた高感度の角速度検出装置を提供する。
【解決手段】互いに逆方向に分極処理された第一のタンタル酸リチウム圧電体２と第二のタンタル酸リチウム圧電体３とを積層させて直方体のバイモルフ構造の振動梁１とし、振動梁１を両持ち支持した構造の角速度検出装置において、振動梁１の厚さｔの値が幅Ｗの値より大きい形状であり、幅Ｗと厚さｔとの形状比Ｗ／ｔが0.864以上0.957以下の形状の振動梁１とする。 振動梁１をレーザトリミングによって周波数調整し、メカニカルカップリングを発生させることなく、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを一致させ、角速度に対する感度が最大となる振動梁１に加工できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置において、前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチウム圧電体と、前記第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、前記振動梁の厚さｔが、当該振動梁の幅Ｗよりも大きいことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】 両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置において、前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチウム圧電体と、前記第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、前記振動梁の厚さｔが、当該振動梁の幅Ｗよりも大きく、前記幅Ｗと前記厚さｔとの形状比Ｗ／ｔが、0.864以上0.957以下であることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項３】 互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記角速度検出装置の出力に基づき手振れを補正する防振手段とを備えたカメラにおいて、前記角速度検出装置が、請求項１または請求項２に記載の角速度検出装置であることを特徴とするカメラ。
【請求項４】 互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記角速度検出装置の出力に基づき車両の進行方向を検出する手段とを備えたカーナビゲーションシステムにおいて、前記角速度検出装置が、請求項１または請求項２に記載の角速度検出装置であることを特徴とするカーナビゲーションシステム。
【請求項５】 互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記角速度検出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手段とを備えた自動車において、前記角速度検出装置が、請求項１または請求項２に記載の角速度検出装置であることを特徴とする自動車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角速度検出装置およびその応用機器に係り、特に、振動体を振動させ角速度に応じたコリオリの力を検出する振動式の角速度検出装置およびそれを応用した手振れ防止機能付きカメラ，カーナビゲーションシステム，自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の角速度検出装置は、例えば、特開平7-332988号公報に開示されている。また、このような振動梁の共振周波数を調整する際に有利な構造の角速度検出センサは、特開平10-19578号公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平7-332988号公報には、角速度に対する感度が最大となる振動梁の形状が具体的に記載されていない。一方、特開平10-19578号公報に示されているように、一般的に、(特開平7-332988号公報の振動梁を含む)ある素子において、角速度に対する感度が最大となるためには、その素子の加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを一致させることが必要である。
【０００４】上記特開平7-332988号公報に示された振動梁において、各方向の共振周波数を一致させるには、各方向における断面二次モーメントを一致させればよい。しかし、断面二次モーメントを一致させるために、振動梁の幅と厚さとを一致させると、メカニカルカップリングと呼ばれる現象が発生し、振動梁を加振方向に振動させているにもかかわらず、コリオリの力が発生する方向にも振動してしまう。したがって、従来技術においては、加振方向にのみ振動させることはできない。
【０００５】振動梁に用いる圧電材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛ＰＺＴなどの粉末焼結体すなわちセラミックスと、水晶やタンタル酸リチウムＬＴなどの単結晶とがある。このうち、タンタル酸リチウムは、ＰＺＴと比べて、高感度ではあるが、メカニカルカップリングの影響が顕著であり、従来は、振動梁への利用が困難とされていた。
【０００６】本発明の目的は、メカニカルカップリングを無くしながら、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを一致させ、角速度に対する感度が最大となる形状の振動梁を用いた角速度検出装置を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、前記角速度検出装置を応用したカメラ，カーナビゲーションシステム，自動車を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置において、前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチウム圧電体と、第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、振動梁の厚さｔが、当該振動梁の幅Ｗよりも大きい角速度検出装置を提案する。
【０００９】本発明は、また、上記目的を達成するために、両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置において、前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチウム圧電体と、第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、振動梁の厚さｔが、当該振動梁の幅Ｗよりも大きく、幅Ｗと厚さｔとの形状比Ｗ／ｔが、0.864以上0.957以下である角速度検出装置を提案する。
【００１０】本発明は、上記他の目的を達成するために、互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検出装置の出力に基づき手振れを補正する防振手段とを備えたカメラにおいて、上記角速度検出装置のいずれかを採用したカメラを提案する。
【００１１】本発明は、また、上記他の目的を達成するために、互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検出装置の出力に基づき車両の進行方向を検出する手段とを備えたカーナビゲーションシステムにおいて、上記角速度検出装置のいずれかを採用したカーナビゲーションシステムを提案する。
【００１２】本発明は、さらに、上記他の目的を達成するために、互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手段とを備えた自動車において、上記角速度検出装置のいずれかを採用した自動車を提案する。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、図１〜図１５を参照して、本発明による角速度検出装置とその応用機器の実施形態を説明する。
【００１４】
【実施形態１】図１は、本発明による角速度検出装置の実施形態１における素子部を分解して示す図である。ただし、パッケージ部やカバーを省略してあり、増幅回路などの回路部分も図示していない。
【００１５】Ｚ軸は、加振方向であり、Ｙ軸は、検出方向すなわちコリオリの力の発生方向であり、Ｘ軸の回りには、角速度ωが加わるとする。
【００１６】この素子部は、大きく分けて、角速度を検出するためにＺ軸方向に振動する振動梁１と、第一のサスペンション９と、第二のサスペンション１６と、絶縁物でできた固定台１５とに分けられる。これらを組み立てると、角速度検出装置の素子部が完成する。
【００１７】振動梁１の第一の圧電基板２の主面は、４箇所の接続アーム１２により、第一のサスペンション９に固定され、第一のサスペンション９の外枠１１は、接着剤により、固定台１５に固着される。振動梁１の第二の圧電基板３の主面は、４箇所の接続アーム１７により、第二のサスペンション１６に固定される。第二のサスペンション１６の外枠１８は、４箇所の接続アーム１７により、固定台１５に固着される。
【００１８】第一の圧電基板２の主面と４箇所の接続アーム１２とは、両持ち梁がＺ軸方向に一次の屈曲共振振動をする際の節(ノード)の部分で接続される。同様に、第二の圧電基板３の主面と４箇所の接続アーム１７とは、両持ち支持した振動梁１がＺ軸方向に一次の屈曲共振振動をする際の節の部分で接続される。振動梁１は、第一のサスペンション９と第二のサスペンション１６とにより、挟むように支持されている。
【００１９】第一のサスペンション９と第二のサスペンション１６とは、同一構造なので、第一のサスペンション９を例として、サスペンションの構造を説明する。第一のサスペンション９は、外枠１１と２つの内枠１０とからなり、外枠１１と内枠１０とは、接続部１４により接続される。それぞれの内枠１０には、接続アーム１２が２つ形成されており、第一のサスペンション９には、合計４つの接続アーム１２が形成されている。これらの接続アーム１２によって、振動梁１を４箇所で支持する。
【００２０】それぞれの内枠１０には、接続アーム１２の間にコの字形に曲がった屈曲ばね１３が形成されている。このため、振動梁１がＹ軸方向に屈曲振動した場合、第一のサスペンション９によってその振動が阻害されることはなく、振動梁１は、Ｙ軸方向に振動自在な状態で第一のサスペンション９に支持されている。また、接続部１４や内枠１０の幅に対してそれらの厚みが薄いので、第一のサスペンション９は、Ｚ軸方向に振動自在な状態で振動梁１を支持できる。このような形状の第一のサスペンション９を用いれば、振動梁１がＺ軸方向に常に一次の屈曲共振振動をしている状態で、Ｘ軸周りに角速度ωが加わったとき、振動に同期して振動梁１のＹ軸方向に発生するコリオリの力を拘束することはない。
【００２１】図２は、振動梁１の表面側と裏面側とを斜めから見た図である。振動梁１は、第一の圧電基板２と、第二の圧電基板３と、中間層４とからなり、第一の圧電基板２と第二の圧電基板３とは、中間層４を介して、互いに接合されている。さらに、第一の圧電基板２および第二の圧電基板３の主面および副面には、金属薄膜が予め形成されている。そのうち、第一の圧電基板２の主面でのみ、分割パターン５が薄膜電極を２分割しており、第一の薄膜電極６と第二の薄膜電極７とが形成されている。第二の圧電基板３の主面には、全面に第三の薄膜電極８が形成されている。
【００２２】これら薄膜電極は、導電性を持てばよく、Ａｕ／Ｃｒ薄膜，Ａｕ／Ｔｉ薄膜，Ｐｔ／Ｔｉ薄膜，Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ薄膜，Ｎｉ／Ｔｉ薄膜などを使用する。Ａｕ薄膜，Ｐｔ薄膜，Ｎｉ薄膜の下層に、Ｃｒ薄膜やＴｉ薄膜を形成するのは、下地の第一の圧電基板２および第二の圧電基板３とＡｕ薄膜，Ｐｔ薄膜，Ｎｉ薄膜との密着性を高めるためである。中間層４は、例えば、エポキシ系の接着剤層やＳｎ−Ｐｂのハンダ層でもよい。さらに、ここで用いる第一の圧電基板２と第二の圧電基板３とは、１３０deg 回転Ｙカットの単結晶のタンタル酸リチウム圧電基板であり、互いに逆向きに厚み方向の分極処理がなされている。ここでは、振動梁１の幅をＷと表記し、厚みをｔと表記する。
【００２３】図３は、振動梁１をＺ軸方向に振動させる原理を説明する図である。第一の圧電基板２と第二の圧電基板３とは、矢印で示す通り、分極方向が厚み方向に沿って逆向きとなっている。このような関係になるように、第一の圧電基板１と第二の圧電基板３とが、中間層４を介して接合されている。
【００２４】第二の圧電基板３の主面に形成した第三の薄膜電極８(図２参照)と第一の薄膜電極６および第二の薄膜電極７とに、交流電圧１９を印加する。この電圧の印加により、第一の圧電基板２は、Ｘ軸方向に矢印のように伸び、第二の圧電基板３は、Ｘ軸方向に矢印のように縮む。印加電圧の極性が反転すれば、第一の圧電基板２は、Ｘ軸方向に縮み、第二の圧電基板３は、Ｘ軸方向に伸びる。一連の動作が、印加電圧の周波数に対応して繰り返される。この動作の結果、両持ち支持のバイモルフ構造である振動梁１は、Ｚ軸方向にある速度Ｖで屈曲振動する。
【００２５】この交流電圧１９の周波数が、振動梁１をＺ軸方向に一次の屈曲共振振動させる共振周波数となれば、Ｚ軸方向の速度Ｖは、最大値を示すと同時に、振動梁１の長手方向中央部(一次共振振動の腹となる部分)における変位は、最大変位を示すことになる。このとき、Ｘ軸周りに角速度ωが加わると、Ｚ軸方向の屈曲振動に同期して、振動梁１のＹ軸方向にコリオリの力Ｆｃが発生する。このコリオリの力Ｆｃが加わると、Ｚ軸方向の屈曲振動は、Ｚ軸に対してある角度を持った斜めの屈曲振動となる。
【００２６】図４は、図３における振動梁１の長手方向中央部のＡ−Ａ断面を示している。図４においては、分かりやすくするために、中間層４を各層ごとに分離して示してある。中間層４は、第一の圧電基板２の副面に全面に形成してある第四の薄膜電極２０と、第二の圧電基板３の副面に全面に形成してある第五の薄膜電極２１と、接着剤層２２とからなる。
【００２７】ここでは、振動梁１をＺ軸方向の共振周波数で振動させているから、振動梁１のＹ軸方向の共振周波数が、Ｚ軸方向の共振周波数と一致すれば、コリオリの力Ｆｃが加わり、斜め屈曲振動になったときのＹ軸方向の変位は、最大となる。Ｙ軸方向の変位が最大となれば、第一の圧電基板２に生じるＹ軸方向のひずみは、最大となる。例えば、Ｙ軸の負方向に振動梁１が屈曲した場合、第一の薄膜電極６と第四の薄膜電極２０とにより挟まれる第一の圧電基板２の部分は、最大の伸びすなわち最大の引っ張り応力を示し、第二の薄膜電極７と第四の薄膜電極２０とにより挟まれる第一の圧電基板２の部分は、最大の縮みすなわち最大の圧縮応力を示す。
【００２８】この伸び縮みによって、第一の薄膜電極６に電位Ｖが生じ、第二の薄膜電極７に電位−Ｖが生じる。このようにして、第一の薄膜電極６と第二の薄膜電極７とに絶対値が最大を示す電位Ｖが、発生するので、振動梁１は、最大感度を得ることになる。結局、加振方向であるＺ軸方向の共振周波数とその方向と直交し検出方向であるＹ軸方向の共振周波数とを一致させると、振動梁１における検出感度を最大にできる。
【００２９】バイモルフ構造で両持ち支持振動梁１のＺ軸方向およびＹ軸方向の共振周波数は、次式ｆ＝｛α２／(２πl２)｝・｛√(ＥＩ／ＤＡ)｝
で表されることが知られている。ただし、ｆは各方向の共振周波数、Ｉは振動梁１の断面二次モーメント、Ｅは振動梁１のヤング率、Ｄは振動梁１の密度、Ａは振動梁１の断面積、αは共振モードによる定数(一次振動モード：4.73)である。
【００３０】この式からも明らかなように、Ｚ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数とを一致させるには、Ｚ軸周りにおける振動梁１の断面二次モーメントとＹ軸周りにおける振動梁１の断面二次モーメントとを一致させればよい。すなわち、幅Ｗと厚さｔとの値を一致させればよいことになる。
【００３１】しかし、この幅Ｗと厚さｔとを限りなく近づけて、各方向の共振周波数を限りなく近づけると、振動軌跡２３を描くようにＺ軸方向に振動させているにもかかわらず、加振方向の振動が、検出方向であるＹ軸方向に漏れて、連成振動であるメカニカルカップリングによる漏れ振動が誘発される。このメカニカルカップリングにより、振動梁１は、斜め振動の振動軌跡２４を描いてしまう。その影響を受けて、角速度によるコリオリの力を正確に検出できない。
【００３２】ここでは、メカニカルカップリングを表す量として、カップリング率という値を導入する。このカップリング率は、振動梁１をＺ軸方向に加振させている際の（Ｙ軸方向の振幅／Ｚ軸方向の振幅）で表す。
【００３３】図５は、このカップリング率を測定するための実験装置の一例を示している。Ｚ軸方向とＹ軸方向とにおける振動梁１の振動振幅を測定するために、２チャンネルのレーザドップラ振動計を用いる。すなわち、Ｚ軸方向の振動振幅を測定するために、レーザが出力されるチャンネル１のレンズ２８およびチャンネル１のレーザドップラ振動計２７を用いて、Ｙ軸方向の振動振幅を測定するために、レーザが出力されるチャンネル２のレンズ２９およびチャンネル２のレーザドップラ振動計２６を用いる。それらのレーザドップラ振動計２７，２６から、振動梁１の振動状態に対応した出力信号が、ＦＦＴアナライザ２５に入力される。ＦＦＴアナライザ２５は、それらの信号を解析する。振動梁１を備えた素子３２は、防振台３０上のホルダ３１に載せて測定される。
【００３４】以上のような実験装置によれば、カップリング率を測定できる。図５の実験装置を用いて、このメカニカルカップリングの影響を取り除くために、振動梁１の幅Ｗとカップリング率との関係を調べた。
【００３５】図６は、振動梁１の厚さｔを1.014ｍｍにしたときの振動梁１の幅Ｗとカップリング率との関係を示している。振動梁１の幅Ｗを0.970ｍｍ以下とすれば、カップリング率が６％以下となり、Ｚ軸方向の振動軌跡２３のような振動軌跡を得ることが分かった。
【００３６】図７は、振動梁１の幅Ｗと共振周波数差との関係を示すグラフである。振動梁１の幅Ｗを0.970ｍｍとしたとき、共振周波数差は、約1400Ｈｚとなった。図７に示した結果から、素子の幅Ｗが小さくなれば、共振周波数差が大きくなることが分かる。先に述べたように、Ｚ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数とを一致させれば、その振動梁１における検出感度を最大にできる。このため、ＹＡＧレーザを用いて振動梁１をトリミングし、周波数を調整した。
【００３７】図８は、振動梁１と第二のサスペンションの接続アーム１７とを示している。図８のように、第二の圧電基板３の第三の薄膜電極８が形成された主面に、レーザトリミング溝３３を形成する。レーザトリミング溝３３は、トリミング前のカップリング率を変化させないように、第二の圧電基板３の幅方向に平行に形成される。レーザトリミング溝３３は、図８のように、複数形成してもよく、レーザトリミング溝３３の深さや幅は、周波数の調整量に応じて変更できる。
【００３８】図９は、カップリング率６％の振動梁１をレーザトリミングして周波数調整した結果を示している。横軸は、レーザトリミングによる体積除去率であり、縦軸は、共振周波数差である。図９に示すように、体積除去率を増していけば、各方向の共振周波数を一致させることができる。各方向の共振周波数が一致した状態でも、そのときのカップリング率は、レーザトリミング前のカップリング率とほとんど変わらなかった。
【００３９】また、このような周波数調整は、5000Ｈｚ程度ならば、容易に達成でき、生産効率においても、問題は無かった。周波数差が5000Ｈｚのときの振動梁１の幅Ｗは、0.876ｍｍであり、カップリング率は、６％以下である。
【００４０】以上のように、周波数調整いわゆる合わせ込みの容易さと生産効率とを考慮すると、振動梁１の幅Ｗと厚さｔとの形状比Ｗ／ｔの下限が決まり、必要な共振周波数差を配慮すると、形状比Ｗ／ｔの上限が決まる。
【００４１】結局は、形状比Ｗ／ｔが、0.864以上0.957以下であれば、メカニカルカップリングが発生せずに、振動梁１は、加振振動方向に振動できる。また、レーザトリミングによって周波数を調整すると、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを容易に一致させて、角速度に対する感度が最大の振動梁１を得ることができる。
【００４２】図１０は、本発明による角速度検出装置の角速度検出系統の構成を示す図である。振動梁１をＺ軸方向に共振周波数で振動させる交流電圧を第一の薄膜電極６および第二の薄膜電極７と第三の薄膜電極８との間に印加する発振回路３４を設け、第一の薄膜電極６と第二の薄膜電極７との電位差を差動増幅する差動増幅回路３５を設ける。さらに、コリオリの力に比例した電位差を取り出すために、同期検波回路３６，直流増幅回路３７などを設ける。角速度検出装置が作動状態にある間は、発振回路３４により第一の薄膜電極６および第二の薄膜電極７と第三の薄膜電極８との間に交流電圧が印加されるため、振動梁１がＺ軸方向に振動する。ただし、この交流電圧の周波数は、振動梁１がＺ軸方向に共振する周波数とする。このときの振動速度をＶとし、振動梁の質量をｍとする。
【００４３】この状態において、角速度検出装置がＸ軸を軸中心として角速度ωで回転すると、角速度に応じたコリオリの力Ｆｃ(＝２ｍＶω)がＹ軸方向に発生する。このコリオリの力Ｆｃは、Ｙ軸方向に加わり、振動梁１をＹ軸方向にたわませる。
【００４４】図１０に示すＹ軸負方向にコリオリの力Ｆｃが加わった場合、第一の薄膜電極６に生じる電位を＋Ｖとし、第二の薄膜電極７に生じる電位を−Ｖとする。これらの第一の薄膜電極６および第二の薄膜電極７に生じる電位には、コリオリの力Ｆｃに伴う信号に加えて振動梁１の振動に起因する信号が合成された形で検出される。コリオリの力Ｆｃによる信号は、第一の薄膜電極６と第二の薄膜電極７とで符号が異なるため、差動増幅回路３５にこれらの値を入力し、両者の差をとれば、振動梁１の振動に起因する信号が相殺され、コリオリの力Ｆｃによる信号のみを読み取りできる。振動梁１を共振周波数でＺ軸方向に振動させている発振回路３４の周波数を基準として、差動増幅回路３５を経て得られた電圧信号を同期検波回路３６によって検波する。さらに、直流増幅回路３７によって増幅し、コリオリの力Ｆｃによるたわみに基づく電圧値を角速度ωに比例した電圧値として取り出す。
【００４５】以上のような方法を用いて、角速度を検出する。ただし、図１０の回路の構成は、一つの実施形態であり、図１，図２に示した本発明による角速度検出装置の振動梁１を用いてあれば、本発明は回路構成には限定されない。
【００４６】図１１は、図１に示した角速度検出装置の振動梁１と第一のサスペンション９と固定台１５と第二のサスペンション１６とを組み立てた状態を示す図である。これらを組み立てた状態で、第一の薄膜電極６および第二の薄膜電極７と第一のサスペンション９とが、導通し、第三の薄膜電極８と第二のサスペンション１６(図２および図１参照)とが、導通している。そこで、破線Ｂ−Ｂで示す第一のサスペンション９の一部をＹＡＧレーザを用いて切断し、第一の薄膜電極６と第二の薄膜電極７とを電気的に分離する。第一の薄膜電極６と導通した接続線ａ，第二の薄膜電極７と導通した接続線ｂ，第三の薄膜電極８と導通した接続線ｃなどにより、外部の発振回路３４および差動増幅回路３５に接続すると、振動梁１を実際に動作させることが可能となる。
【００４７】
【実施形態２】図１２は、本発明による角速度検出装置を互いの長手方向が直交するように２個配置しているビデオカメラの一部分をカットした状態で示す図である。実施形態２のビデオカメラは、大きく分類して、ビデオテープ装着部１１１と、カメラ部１１４と、音声入力部１１６と、ファインダ部１１２とからなる。カメラ部１１４は、レンズ部１１３と角速度検出センサ搭載基板１１５とを含んでいる。
【００４８】図１３は、図１２のレンズ部１１３および角速度検出センサ搭載基板１１５を示している。角速度検出装置搭載基板１１５上には、水平方向手振れ検出用の角速度検出装置１２１と、垂直方向手振れ検出用の角速度検出装置１２２とが実装されている。ここでは、詳細な構造を図示しないが、搭載基板１１５は、例えばねじ止めにより、レンズ部１１３に固定され、一体となっている。そのため、レンズ部１１３が水平方向および／または垂直方向に動いたときに、角速度検出装置搭載基板１１５も同時に動くので、各方向の角速度を角速度検出装置１２１，１２２により検出できる。
【００４９】図１４は、角速度検出装置搭載基板１１５を背面側から見た図である。角速度検出装置１２１，１２２は、レンズ外径位置１３１のレンズ光軸１３２にできるだけ近い位置に、しかも、互いの長手方向すなわちＸ軸が直交するように配置される。ただし、角速度検出装置１２１と角速度検出装置１２２とは、双方ともに振動式角速度検出装置であるから、共振周波数が相互作用を及ぼさないように、５００Ｈｚ程度ずらしてある。
【００５０】なお、実施形態２は、ビデオカメラへの応用を説明したが、ビデオカメラのみならず、スチルカメラやムービーカメラにも適用でき、さらに、双眼鏡，望遠鏡の手振れ防止手段としても、役に立つ。
【００５１】また、ここでは、互いの長手方向が直交するように配置された２個の角速度検出装置を用いていたが、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に沿って、３個配置してもよい。この場合は、手振れを３次元的に検出し、手振れをより厳密に防止できる。
【００５２】
【実施形態３】図１５は、本発明による角速度検出装置を互いの長手方向が直交するように少なくとも２個配置したカーナビゲーションシステムを実装している乗用車を示す図である。乗用車１４５には、エンジン１４１と、カーナビゲーションシステムデータ処理部１４４と、角速度検出装置１４６と、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳ衛星信号受信アンテナ１４３と、データの処理結果を表示するカーナビゲーション情報表示部１４２とが搭載されている。乗用車１４５に装備してある処理部１４４では、アンテナ１４３からのデータ，エンジン１４１からのデータ，本発明による角速度検出装置１４６からのデータ，車輪１４７からのデータが処理される。
【００５３】カーナビゲーションシステムは、ＧＰＳ衛星からの位置信号に基づき、乗用車１４５の位置を割り出し、目的地まで誘導するシステムである。しかし、ＧＰＳ衛星からの信号は、数ｍ〜数十ｍの誤差があるために、都市部の入り組んだ道路や路地では、システムが現在の位置を誤認識する場合がある。
【００５４】その誤差を補正するために、実施形態３のデータ処理部１４４は、互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つの角速度検出装置１４６からのデータを用いる。例えば、乗用車１４５が乗用車の回転方向１４８を感知したときに、データ処理部１４４は、角速度検出装置１４６からのデータと車輪１４７からのデータとに基づき、乗用車１４５の移動データを処理する。この後には、ＧＰＳ衛星からの位置情報により、細かな車体の挙動を求め、情報表示部１４２に補正した位置を表示する。
【００５５】
【実施形態４】実施形態３の角速度検出装置１４６からのデータは、自動車の姿勢を制御するためのデータとしても活用できる。この場合は、互いの長手方向が直交するように配置された少なくとも２つ角速度検出装置と、角速度検出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手段としてのデータ処理部１４４を備える。
【００５６】姿勢制御の対象には、Ｘ軸を車両進行方向とすると、車両のＺ軸に沿った上下動(バウンス)，Ｙ軸周りのピッチング，Ｘ軸周りのローリング，Ｚ軸周りのヨーイングなどが含まれる。
【００５７】実施形態４は、例えばＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に沿って互いの長手方向が直交するように配置された３個の角速度検出装置１４６を備える。データ処理部１４４は、３個の角速度検出装置１４６からの出力に基づき、車両のバウンス，ピッチング，ローリング，ヨーイングを検出すると、サスペンションやショックアブソーバなどに信号を送り、車両の姿勢や乗り心地を制御する。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば、角速度検出装置に適用する振動梁の振動梁の厚さｔを振動梁の幅Ｗよりも大きくしたので、メカニカルカップリングが発生することなく、振動梁を加振振動方向に振動させることができる。また、この振動梁をレーザトリミングによって周波数調整すると、メカニカルカップリングを発生させることなく、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波数とを一致させ、角速度に対する感度が最大となる振動梁に加工できる。結果として、高感度の角速度検出装置が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００１５３５３５
【氏名又は名称】株式会社日立メディアエレクトロニクス
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| 【出願日】 |
平成１２年１月７日（２０００．１．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６９７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４１５０（Ｐ２００１−１９４１５０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１３７３（Ｐ２０００−１３７３） |
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