(57)【要約】  慣性力センサは、慣性力を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子に接続されて慣性力値を出力するセンサ信号処理部と、慣性力値に基づいてセンサ信号処理部への供給電力を制御する電力制御部と、を有する。電力制御部は、所定時間にわたって、慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、センサ信号処理部への供給電力を低下させるとともに、基準値を所定時間が経過時の慣性力値に更新する。
2013125212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性力を電気信号に変換するセンサ素子と、
前記センサ素子に接続されて慣性力値を出力するセンサ信号処理部と、
前記慣性力値に基づいて前記センサ信号処理部への供給電力を制御する電力制御部と、
を有し、
前記電力制御部は、所定時間にわたって、前記慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、前記センサ信号処理部への供給電力を低下させるとともに、前記基準値を前記所定時間が経過時の慣性力値に更新する
慣性力センサ。
【請求項２】
前記電力制御部は、前記慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定時間を長くする
請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記電力制御部は、前記慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定範囲を広げる
請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項４】
前記電力制御部は、所定周期で前記慣性力値を確認するとともに、前記所定周期と所定回数との積により前記所定時間を判定する
請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項５】
前記電力制御部は、前記慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定回数を増加させる
請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項６】
第一の慣性力を電気信号に変換する第一のセンサ素子と、
前記第一の慣性力とは異なる第二の慣性力を電気信号に変換する第二のセンサ素子と、
前記第一のセンサ素子に接続されて第一の慣性力値を出力する第一のセンサ信号処理部と、
前記第二のセンサ素子に接続されて第二の慣性力値を出力する第二のセンサ信号処理部と、
前記第一の慣性力値に基づいて前記第二のセンサ信号処理部への供給電力を制御する電力制御部と、
を有し、
前記電力制御部は、所定時間にわたって、前記第一の慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、前記第二のセンサ信号処理部への供給電力を低下させるとともに、前記基準値を前記所定時間が経過時の第一の慣性力値に更新する
慣性力センサ。
【請求項７】
前記電力制御部は、前記第一の慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定時間を長くする
請求項６に記載の慣性力センサ。
【請求項８】
前記電力制御部は、前記第一の慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定範囲を広げる
請求項６に記載の慣性力センサ。
【請求項９】
前記電力制御部は、所定周期で前記第一の慣性力値を確認するとともに、前記所定周期と所定回数との積により前記所定時間を判定する
請求項６に記載の慣性力センサ。
【請求項１０】
前記電力制御部は、前記第一の慣性力値が基準値を中心とした所定範囲を超えた場合、前記所定回数を増加させる
請求項９に記載の慣性力センサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の慣性力センサと、
前記慣性力センサと周期的に信号を送受信するＣＰＵと、
を備え
前記ＣＰＵは、前記センサ信号処理部への供給電力が低下している間は、前記信号の送受信周期を長くする電子機器。
【請求項１２】
請求項６に記載の慣性力センサと、
前記慣性力センサと周期的に信号を送受信するＣＰＵと、
を備え
前記ＣＰＵは、前記第二のセンサ信号処理部への供給電力が低下している間は、前記信号の送受信周期を長くする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、携帯端末、ロボット、その他各種電子機器に用いられる慣性力センサ及びこの慣性力センサを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の慣性力センサのブロック図である。慣性力センサ１は、振動子２と、振動子２を駆動振動させる自励振動回路３と、振動子２に接続されて慣性力値を出力する検出回路４と、自励振動回路３及び検出回路４への供給電力を制御する電源制御装置５と、電源制御装置５に接続されたトリガー信号入力部６と、を有している。【０００３】
電源制御装置５は、検出回路４が慣性量の検出を行わないときに自励振動回路３又は検出回路４への供給電力を低下させる。また、電源制御装置５は、トリガー信号入力部６からのトリガー入力に基づいて、供給電力が低下している自励振動回路３又は検出回路４への供給電力を定格電力へと復元させる。【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５０１３９号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の慣性力センサは、慣性力を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子に接続されて慣性力値を出力するセンサ信号処理部と、慣性力値に基づいてセンサ信号処理部への供給電力を制御する電力制御部と、を有する。電力制御部は、所定時間にわたって、慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、センサ信号処理部への供給電力を低下させるとともに、基準値を所定時間が経過時の慣性力値に更新する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における慣性力センサのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における角速度センサのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における電力制御部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における電力制御部の制御例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１におけるカウンターを用いた所定期間の計測例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における慣性力センサのブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２における加速度センサ素子と角速度センサ素子を用いた慣性力センサのブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２における慣性力センサを用いた電子機器のブロック図である。
【図９】図９は、従来の慣性力センサのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
従来の慣性力センサ１において、振動子２が大きな温度特性をもつ場合、温度変化により慣性量値が変動する。そのため、慣性力が加えられていないにもかかわらず電源制御装置５は自励振動回路３及び検出回路４への供給電力が維持されている。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における慣性力センサ１０のブロック図である。慣性力センサ１０は、慣性力を電気信号に変換するセンサ素子１１と、センサ素子１１に接続されて慣性力値を出力するセンサ信号処理部１２と、センサ信号処理部１２から出力される慣性力値に基づいてセンサ信号処理部１２への供給電力を制御する電力制御部１３と、を有している。電力制御部１３は、所定時間にわたって、慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、センサ信号処理部１２への供給電力を低下させるとともに、基準値を所定時間が経過時の慣性力値に更新する。以上の構成により、慣性力センサ１０は、簡易な構成で高精度な低消費電力化を実現できる。
【００１０】
以下、慣性力センサ１０の具体構成例及び動作例について、図２〜図４を用いて説明する。
【００１１】
図２は、慣性力センサ１０の一例である角速度センサ１０ａのブロック図である。角速度センサ素子１１ａは、図１のセンサ素子１１に対応している。角速度センサ信号処理部１２ａは、図１のセンサ信号処理部１２に対応している。
【００１２】
角速度センサ素子１１ａは角速度センサ信号処理部１２ａと接続されている。角速度センサ信号処理部１２ａは駆動部１２ｂと検出部１２ｃとで構成されている。駆動部１２ｂは駆動信号を出力して角速度センサ素子１１ａを駆動振動させる。さらに、駆動部１２ｂは、角速度センサ素子１１ａからモニタ信号を入力し、角速度センサ素子１１ａの駆動振動が一定振幅となるようにフィードバック制御を行なう。検出部１２ｃは、角速度センサ素子１１ａから出力された検出信号に対し、駆動部１２ｂから入力されたモニタ信号を用いて検波し、ローパスフィルタ（図示せず）を用いて積分して得た角速度値を出力する。
【００１３】
電力制御部１３は、所定時間にわたって、検出部１２ｃから出力された角速度値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、駆動部１２ｂ又は検出部１２ｃの少なくとも一方への供給電力を低下させる。好ましくは、駆動部１２ｂへの供給電力は低下させず、検出部１２ｃへの供給電力を低下させる。駆動部１２ｂは角速度センサ素子１１ａを常に駆動振動させているため、外部からのトリガー信号により通常電力に復帰する際の起動時間を高速化できる。
【００１４】
図３は、電力制御部１３のブロック図である。Ｗｉｎｄｏｗ部１３ａは、検出部１２ｃから出力された角速度値１５を受け付ける。そしてＷｉｎｄｏｗ部１３ａは、角速度値１５がＷｉｎｄｏｗ部１３ａの内部に設定された基準値を中心とした所定範囲内である場合に静止信号１４ｂを出力する。時間計測部１３ｂは、内部に設定された所定時間の間、継続して静止信号１４ｂが入力された場合に、センサ信号処理部１２への供給電力を低下させる供給電力低下信号１４ｃを出力するとともに、基準値更新信号１４ｄを出力する。基準値更新部１３ｃは、基準値更新信号１４ｄが入力されると、角速度値１５を新たな基準値１４ｅとしてＷｉｎｄｏｗ部１３ａに出力する。
【００１５】
図４は、電力制御部１３の制御例を示す図である。横軸が時間であり、縦軸が角速度を示している。Ｗｉｎｄｏｗ部１３ａ（図３参照）は、角速度値１５が基準値１６を中心とした上限閾値１７と下限閾値１８との範囲Ｒに含まれる場合に、静止信号１４ｂ（図３参照）を時間計測部１３ｂ（図３参照）に出力する。図４においては、時刻ｔ１からｔ２の間、及び時刻ｔ３からｔ４の間に静止信号１４ｂを出力する。
【００１６】
時間計測部１３ｂは静止信号１４ｂが所定時間Ｔだけ継続した場合に供給電力低下信号１４ｃおよび基準値更新信号１４ｄを出力する。図４においては、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に静止信号１４ｂが時間計測部１３ｂに入力されるが、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間Ｔ１は所定時間Ｔよりも短いため、供給電力低下信号１４ｃおよび基準値更新信号１４ｄは出力されない。その後、時刻ｔ３から再び静止信号１４ｂが入力され、時刻ｔ４において、時刻ｔ３からの期間Ｔ２が所定時間Ｔに達するため、供給電力低下信号１４ｃおよび基準値更新信号１４ｄが出力される。この結果、時刻ｔ４において、センサ信号処理部１２への供給電力が低下されるとともに、Ｗｉｎｄｏｗ部１３ａ内の基準値１６が、時刻ｔ４における角速度値である新たな基準値１６ａに更新される。すなわち基準値１６は、所定時間Ｔが経過時の慣性力値（新たな基準値１６ａ）に更新される。なお、本実施の形態では、所定時間Ｔが経過した時刻ｔ４における慣性力値を新たな基準値としたが、厳密に時刻ｔ４の時点の慣性力値を用いる必要はない。すなわち、センサ信号処理部１２への供給電力を低下させる前後は、実質的に同等の慣性力値であるため、経過直前（時刻ｔ３〜ｔ４の間）や経過直後（時刻ｔ４の直後）の慣性力値を新たな基準値としてもよい。
【００１７】
図４においては、角速度センサ１０ａに角速度が加えられていないが、角速度センサ素子１１ａの周囲温度の変化により、角速度値１５が徐々に上昇している。このため、検出部１２ｃから出力される角速度値が上限閾値１７を超える可能性が高くなる。しかし、本実施の形態においては、時刻ｔ４において、Ｗｉｎｄｏｗ部１３ａ内の基準値１６を時刻ｔ４における角速度値に更新し、新たな基準値１６ａとしている。したがって、外部からのトリガー信号によりセンサ信号処理部１２への供給電力を通常値に戻した後は新たな基準値１６ａを基準としてＷｉｎｄｏｗ部１３ａが作動する。このように、角速度センサ１０ａの温度特性が大きい場合であっても、高精度な低消費電力制御を実現できる。
【００１８】
なお、電力制御部１３は、角速度値１５が基準値１６を中心とした上限閾値１７と下限閾値１８との範囲Ｒを超えた場合、所定時間Ｔを長くしてもよい。これにより、例えば、角速度センサ１０ａが搭載された電子機器に、角速度が印加された後は、センサ信号処理部１２への供給電力の低下を起こりにくくできる。
【００１９】
図５は、本発明の実施の形態１におけるカウンターを用いた所定期間の計測例を示す図である。電力制御部１３（図３参照）は所定周期Ｔ０で角速度値１５を確認するとともに、所定周期Ｔ０とカウンター値との積により所定時間Ｔを計測する。具体的には、時間計測部１３ｂ（図３参照）は、静止信号１４ｂ（図３参照）が入力されている間、所定周期Ｔ０でカウンター値をカウントアップする。このカウンター値がカウンター閾値を超えた場合に、時間計測部１３ｂは、所定時間Ｔに達したと判断し、供給電力低下信号１４ｃ（図３参照）および基準値更新信号１４ｄ（図３参照）を出力する。
【００２０】
すなわち、電力制御部１３は、所定周期Ｔ０ごとに角速度値１５を確認し、所定周期Ｔ０の回数を記憶する。電力制御部１３は、所定周期Ｔ０と回数との積により時間を算出し、その時間が所定時間Ｔかどうかを判定する。そして、電力制御部１３は、所定時間にわたって、慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、供給電力低下信号１４ｃおよび基準値更新信号１４ｄを出力する。
【００２１】
図５の例では、カウンター閾値は９である。所定周期Ｔ０毎にカウンター値がカウントアップされている。時刻ｔ１〜ｔ２ではカウンター閾値が９に達する前に角速度値１５が上限閾値１７を超えるため、カウンター値は０にリセットされる。時刻ｔ３以降は再びカウンター値がカウントアップされる。時刻ｔ４においてカウンター閾値が９に達するため、時間計測部１３ｂは、供給電力低下信号１４ｃおよび基準値更新信号１４ｄを出力する。このように、カウンターを用いて所定時間を計測することにより、簡易な構成で低消費電力のための制御ができる。
【００２２】
なお、電力制御部１３は、角速度値１５が基準値１６を中心とした上限閾値１７と下限閾値１８との範囲Ｒを超えた場合、カウンター閾値を大きくしてもよい。すなわち、電力制御部１３は、角速度値１５が基準値１６を中心とした所定範囲を超えた場合、所定周期Ｔ０の回数を多くしてもよい。これにより、例えば、角速度センサ１０ａが搭載された電子機器が駆動され、角速度が印加された後は、センサ信号処理部１２への供給電力の低下を起こりにくくできる。
【００２３】
また、電力制御部１３は、角速度値１５が基準値１６を中心とした上限閾値１７と下限閾値１８との範囲Ｒを超えた場合、上限閾値１７を上げる、又は下限閾値１８を下げることにより、範囲Ｒを広げてもよい。これにより、例えば、角速度センサ１０ａが搭載された電子機器に、角速度が印加された後は、センサ信号処理部１２への供給電力の低下を起こりにくくできる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては慣性力センサ１０の具体例として角速度センサ１０ａを用いて説明したが、加速度センサや圧力センサ、地磁気センサ等の他の慣性力センサにも適用できる。
【００２５】
（実施の形態２）
以下に、実施の形態２の特徴部分について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２６】
図６は、本発明の実施の形態２における慣性力センサ２０のブロック図である。慣性力センサ２０は、第一のセンサ素子２１と、第二のセンサ素子２２と、第一のセンサ信号処理部２３と、第二のセンサ信号処理部２４と、電力制御部２５と、を有している。第一のセンサ素子２１は、第一の慣性力を電気信号に変換する。第二のセンサ素子２２は、第一の慣性力とは異なる第二の慣性力を電気信号に変換する。第一のセンサ信号処理部２３は、第一のセンサ素子２１と電力制御部２５に接続されている。第一のセンサ信号処理部２３は、第一のセンサ素子２１からの電気信号を入力し、第一の慣性力値を出力する。第二のセンサ信号処理部２４は、第二のセンサ素子２２と電力制御部２５に接続されている。第二のセンサ信号処理部２４は、第二のセンサ素子２２からの電気信号を入力し、第二の慣性力値を出力する。電力制御部２５は、第一のセンサ信号処理部２３と第二のセンサ信号処理部２４に接続されている。電力制御部２５は、第一の慣性力値に基づいて第二のセンサ信号処理部２４への供給電力を制御する。電力制御部２５は、所定時間にわたって、第一の慣性力値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、第二のセンサ信号処理部２４への供給電力を低下させるとともに、基準値を第一の慣性力値に更新する。
【００２７】
この構成により、第一の慣性力値に基づいて第二のセンサ信号処理部２４の低消費電力制御を高精度に行うことができる。望ましくは、２つのセンサ信号処理部のうち、消費電力の小さい方を第一のセンサ信号処理部２３とする。これにより、小さな消費電力で検出できる第一の慣性力を用いて、大きな消費電力を要する第二のセンサ信号処理部２４の消費電力を低減することができる。
【００２８】
図７は、慣性力センサ２０の一例である、加速度センサ素子２１ａと角速度センサ素子２２ａを用いた慣性力センサ２０ａのブロック図である。第一のセンサ素子２１として加速度センサ素子２１ａを用い、第二のセンサ素子２２として角速度センサ素子２２ａを用いている。
【００２９】
加速度センサ素子２１ａは可撓部（図示せず）を有し、加速度による可撓部の変位を電気信号に変換する。加速度センサ信号処理部２３ａが、その電気信号を検出する。
【００３０】
角速度センサ素子２２ａは可撓部（図示せず）を有し、その可撓部を駆動振動させ、駆動振動軸および角速度の印加軸と直交する軸方向に発生するコリオリ力による可撓部の変位を電気信号に変換する。角速度センサ信号処理部２４ａが、その電気信号を検出する。
【００３１】
ここで、角速度センサ信号処理部２４ａは図２に示すように、駆動部と検出部とを有し、駆動部により角速度センサ素子２２ａを駆動振動させる。そのため、角速度センサ信号処理部２４ａの消費電力は加速度センサ信号処理部２３ａよりも大きい。
【００３２】
電力制御部２５は、所定時間にわたって、加速度センサ信号処理部２３ａから出力された加速度値が基準値を中心とした所定範囲内の場合に、角速度センサ信号処理部２４ａへの供給電力を低下させる。このように、異なる２種類の慣性力を検出する慣性力センサにおいて、消費電力が大きい方の信号処理部の消費電力を低減できる。
【００３３】
さらに、加速度センサ信号処理部２３ａを用いて角速度センサ信号処理部２４ａの復帰処理が行える。例えば、加速度センサ信号処理部２３ａから出力された加速度値が所定の閾値を超えた場合に、電力制御部２５は、角速度センサ信号処理部２４ａへの供給電力を通常値に戻す。これにより、外部トリガーに基づかずに、慣性力センサ２０ａ内で完結して、低消費電力化制御と復帰制御を行える。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、第一のセンサ素子２１として加速度センサ素子２１ａを用いたが、地磁気センサ素子や気圧センサ素子を用いてもよい。また、第二のセンサ素子２２として角速度センサ素子２２ａを用いたが、振動型加速度センサ素子や振動型歪センサ素子を用いてもよい。
【００３５】
図８は、本発明の実施の形態２における慣性力センサ３０を用いた電子機器３３のブロック図である。
【００３６】
慣性力センサ３０と図６に示す慣性力センサ２０との違いは、慣性力センサ３０が、インターフェース制御部３１を有している点である。インターフェース制御部３１は、第一のセンサ信号処理部２３と第二のセンサ信号処理部２４と電力制御部２５に接続されている。
【００３７】
第一のセンサ信号処理部２３から出力された第一の慣性力値は、インターフェース制御部３１と電力制御部２５に入力される。第二のセンサ信号処理部２４から出力された第二の慣性力値は、インターフェース制御部３１に入力される。
【００３８】
インターフェース制御部３１は、慣性力センサ３０の外部に設けられたＣＰＵ３２に接続されており、信号を送受信できる。また、インターフェース制御部３１は、電力制御部２５に信号を送信できる。それ以外は、慣性力センサ２０と同じであるので、その説明は省略する。
【００３９】
ＣＰＵ３２は、通常時（動作時）とスリープ時（非動作時）でインターフェース制御部３１と信号を送受信するためのポーリング周期を変える。具体的には、ＣＰＵ３２は、通常時（動作時）のポーリング周期に比べて、スリープ時（非動作時）のポーリング周期を長くする。すなわち、ＣＰＵ３２は、第二のセンサ信号処理部２４への供給電力が低下している間は、信号の送受信周期を長くする。電子機器３３を制御するＣＰＵ３２は回路規模が大きく、そのため消費電力が大きい。スリープ時（非動作時）のポーリング周期を長くすることにより、ＣＰＵ３２の処理負荷を軽減でき、電子機器３３の消費電力を低減できる。ここで、通常時とは慣性力センサ３０が動作している状態であり、スリープ時とは慣性力センサ３０が動作していない状態である。
【００４０】
なお、本実施の形態では、慣性力センサ２０にインターフェース制御部３１を加えた構成について説明したが、図１に示す慣性力センサ１０にインターフェース制御部３１を加え、ＣＰＵ３２と接続してもよい。この場合、ＣＰＵ３２は、センサ信号処理部１２への供給電力が低下している間は、信号の送受信周期を長くする。
【００４１】
なお、本実施の形態においても、第一のセンサ素子２１として、加速度センサ素子や地磁気センサ素子や気圧センサ素子などが用いられる。また、第二のセンサ素子２２として、角速度センサ素子や振動型加速度センサ素子や振動型歪センサ素子などが用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の慣性力センサは、簡易な構成で高精度な低消費電力化を実現することができるため、デジタルカメラ、携帯端末、ロボット、その他各種電子機器に用いられる慣性力センサとして有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０，２０，２０ａ，３０  慣性力センサ
１０ａ  角速度センサ
１１  センサ素子
１１ａ  角速度センサ素子
１２  センサ信号処理部
１２ａ  角速度センサ信号処理部
１３  電力制御部
１３ａ  Ｗｉｎｄｏｗ部
１３ｂ  時間計測部
１３ｃ  基準値更新部
１４ｂ  静止信号
１４ｃ  供給電力低下信号
１４ｄ  基準値更新信号
１４ｅ，１６ａ  新たな基準値
１５  角速度値
１６  基準値
１７  上限閾値
１８  下限閾値
２１  第一のセンサ素子
２１ａ  加速度センサ素子
２２  第二のセンサ素子
２２ａ  角速度センサ素子
２３  第一のセンサ信号処理部
２３ａ  加速度センサ信号処理部
２４  第二のセンサ信号処理部
２４ａ  角速度センサ信号処理部
２５  電力制御部
３１  インターフェース制御部
３２  ＣＰＵ
３３  電子機器
【図１】
2013125212.tif 000003
【図２】
2013125212.tif 000004
【図３】
2013125212.tif 000005
【図４】
2013125212.tif 000006
【図５】
2013125212.tif 000007
【図６】
2013125212.tif 000008
【図７】
2013125212.tif 000009
【図８】
2013125212.tif 000010
【図９】
2013125212.tif 000011
【国際調査報告】
2013125212.tif 000012
2013125212.tif 000013
2013125212.tif 000014
2013125212.tif 000015