JP2001235484A - 角加速度センサ及びそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化しても、正確な角加速度の検知ができ
る角加速度センサを提供する。 【解決手段】 角加速度センサ１０は、環状の流路１１
０を有する構造体１１と、流路１１０に封止され、構造
体１１に加えられた角加速度により移動する作動流体１
２と、作動流体１２の移動方向に沿った面１１３ａに設
けられた流速センサ１３とを有することを特徴とする。 【効果】 本発明の角加速度センサは、作動流体の移動
を熱的なエネルギーを用いて検出し、作動流体の運動エ
ネルギーを減少させないので、作動流体の微少な移動を
検出することができ、正確に角加速度の検知ができる。
また、本発明の角加速度センサは、作動流体の移動方向
に沿った面に流速センサが設けられているため、作動流
体の流れが流速センサにより妨げらず、微少な角加速度
が与えられた場合でも作動流体が移動でき、正確に角加
速度の検知ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角加速度センサ及
びそれを用いた電子装置、特に、手ぶれ防止機能付きビ
デオカメラ、カーナビゲーションシステム、ポインティ
ングデバイスなどに用いられる角加速度センサ及びそれ
を用いた電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に、従来の角加速度センサの断面図
を示す。なお、図８に示した角加速度センサ４０の基本
的な構成は、特開平６−２７１３０号広報に開示されて
いる。図８において、角加速度センサ４０は、環状の流
路４１０を有する構造体４１と、流路４１０に封止さ
れ、構造体４１に加えられた角加速度により移動する作
動流体４２と、作動流体４２の移動方向に直交する面に
設けられた流速センサ４３とを有する。流速センサ４３
は、圧電体４３１と圧電体４３１の両面に設けられた電
極４３２と、電極４３２に接続されたリード線４３３と
を有する。

【０００３】このような構成を有する角加速度センサ４
０に外部から角加速度が与えられた場合、構造体４１は
直ちに回転運動を始めるが、慣性力により作動流体４２
は静止状態を保とうとする。したがって、作動流体４２
は、外部から構造体４１に与えられた角加速度に対応す
るエネルギーで流路４１０を移動する。そして、外部か
ら作動流体４２に与えられたエネルギーの一部は、作動
流体４２の移動方向に直交する面に設けられた圧電体４
３１を変形させるエネルギーとして消費される。変形し
た圧電体４３１から発生する電気信号は、電極４３２を
介して、リード線４３３から出力される。このようにし
て、リード線４３３から出力された電気信号により、外
部から構造体に与えられた角加速度を検知することがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の角加速度センサ
４０は、プラスチック製の構造体４１とフッ素系不活性
液体からなる作動流体４２とで構成されるが、これらは
互いに十分な非親和性を持たない。したがって、角加速
度センサ４０を小型化することにより、作動流体４２の
質量が減少し、粘度が増大した場合には、作動流体４２
の流動性が悪くなり、センサの検出感度が非常に悪くな
るという問題がある。

【０００５】また、従来の角加速度センサ４０は、外部
から作動流体４２に与えられたエネルギーの一部を用い
て流速センサ４３を機械的に変形させ、作動流体４２の
流速を検出する。したがって、流速センサ４３は作動流
体４２の移動を妨げる面、即ち、作動流体４２の移動方
向に直交する面に設けられ、その結果、作動流体４２の
流動性が悪くなる。これによって更に、センサの検出感
度が悪くなるという問題がある。

【０００６】特に、角加速度センサ４０を小型化、軽量
化した場合には、作動流体４２の質量が小さくなり、外
部から作動流体４２に与えられるエネルギーは小さくな
る。そして、計測対象である外部から作動流体４２に与
えられたエネルギーの大部分が、流速センサ４３を変形
させるエネルギーとして消費され、計測対象のエネルギ
ーが減衰し、正確な角加速度の検出ができなくなるとい
う問題がある。

【０００７】また、従来の角加速度センサ４０の流速セ
ンサ４３の様な機械的な立体構造物は、マイクロマシニ
ング技術等を用いた微細加工技術で構成することが非常
に困難であるという問題がある。

【０００８】そこで本発明は、角加速度センサを小型化
して、作動流体の移動が微少になったときでも、正確に
角加速度の検出ができる角加速度センサを提供すること
を目的とする。

【０００９】また、本発明は、角加速度センサを小型化
して、作動流体の移動が微少になったときでも、精度の
よい制御機構を構成することができる電子装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の角加速度センサは、環状の流路を有する構
造体と、前記流路に封止され、前記構造体に加えられた
角加速度により移動する作動流体と、前記作動流体の移
動方向に沿った面に設けられた流速センサとを有するこ
とを特徴とする。

【００１１】また、本発明の角加速度センサは、前記流
速センサが、加熱素子と、前記作動流体の移動方向に沿
って前記加熱素子より一方側及び他方側の少なくとも一
方に設けられた温度検出素子を有することを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の角加速度センサは、前記流
路が前記作動流体に対して、非親和性を有することを特
徴とする。

【００１３】また、本発明の角加速度センサは、前記流
路が前記作動流体に対して非親和性を有する膜を介して
前記作動流体に接していることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の角加速度センサは、前記流
速センサが前記流路の略中心に配置されていることを特
徴とする。

【００１５】また、本発明の角加速度センサは、前記構
造体がマイクロマシニング加工によって形成されている
ことを特徴とする。

【００１６】また、本発明の電子装置は、前記角加速度
センサを用いたことを特徴とする。

【００１７】このように構成することにより、本発明の
角加速度センサは、小型化をした場合であっても作動流
体の流動性がよく、正確に角加速度の検知ができる。

【００１８】また、本発明の角加速度センサは、平面的
な構造の流速センサを用いているため、マイクロマシニ
ング技術等を用いた微細加工技術で構成することが容易
である。

【００１９】また、本発明の角加速度センサの流速セン
サは、機械的に駆動する部分がないため、機械的駆動部
の経時変化がなく、流速の検出値に変化が生じない。

【００２０】そして、本発明の電子装置は、正確に角加
速度の検知ができる角加速度センサを用いているため、
精度のよい制御機構を構成することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１に本発明の角加速度センサの
一実施例の斜視図を示す。また、図１に示した角加速度
センサ１０の１０ａ−１０ａ断面図を図２に、１０ｂ−
１０ｂ断面図を図３に、１０ｃ−１０ｃ断面図を図４に
それぞれ示す。

【００２２】図１乃至４において、角加速度センサ１０
は、構造体１１と、作動流体１２と、流速センサ１３と
を有する。構造体１１は、ＳｉＯ₂からなる第一層１１
１、第三層１１３と、Ｓｉバルクからなる第二層１１
２、第四層１１４と、ガラス薄板からなる第五層１１５
とを有している。第二層１１２と第四層１１４はドーナ
ツ形に、第三層１１３はＣの字型にくりぬかれている。
そして、第二層１１２、第三層１１３、第四層１１４の
くりぬかれた部分が互いに重なり合うように、第二層１
１２上に第三層１１３が、第三層１１３上に第四層１１
４が設けられている。そして、第二層１１２の下には第
一層１１１が、第四層１１４上には第五層１１５が設け
られている。そして、構造体１１の内部において、第一
層１１１、第二層１１２、第三層１１３、第四層１１
４、第五層１１５により囲まれた内壁は、環状の流路１
１０を構成する。流路１１０には、構造体１１の内壁に
対して十分な非親和性を有し、温度による粘性変化の小
さい流体である作動流体１２が封止される。作動流体１
２は、環状の流路１１０に沿って移動することができ
る。ここで、本実施例においては、作動流体１２とし
て、極性分子液体であるアルコールを用いているがその
他の流体を用いてもよい。また、第三層１１３の一部で
ある面１１３ａは、作動流体１２の移動方向に沿って、
流路１１０の略中心部を横切って設けられ、面１１３ａ
には、流速センサ１３が配置される。

【００２３】このような構成を有する角加速度センサ１
０は、マイクロマシニング技術により、第二層１１２、
第四層１１４のＳｉバルクをエッチングし、作動流体１
２を注入した後、第四層１１４のＳｉバルクと第五層１
１５のガラス薄板とを、図示を省略した接着剤もしくは
陽極接合のような直接接合技術を用いて接着し、製造さ
れる。

【００２４】ここで、図５に本発明の角加速度センサ１
０の流速センサ１３の平面図を示す。図５において、流
速センサ１３は、抵抗素子である加熱素子１３１と、そ
れぞれ同一の特性を有する抵抗素子である第一の温度検
出素子１３２、第二の温度検出素子１３３とを有する。
加熱素子１３１、第一の温度検出素子１３２、第二の温
度検出素子１３３は、それぞれの長さ方向の中心を結ん
だ線１３ａが作動流体１２の移動方向に沿い、それぞれ
の長さ方向が作動流体１２の移動方向に直交するように
面１１３ａ上に配置されている。また、加熱素子１３１
は、第一の温度検出素子１３２と第二の温度検出素子１
３３との中間に配置されている。

【００２５】このような構成を有する角加速度センサ１
０は、構造体１１に外部から角加速度が与えられない場
合には、作動流体１２にはエネルギーが与えられず、作
動流体１２はそのままの状態を保つ。そして、構造体１
１に外部から角加速度が与えられた場合には、構造体１
１は直ちに角加速度運動を始めるが、作動流体１２は慣
性力により、そのままの状態を保とうとする。したがっ
て、作動流体１２には、外部から与えられた角加速度に
対応する相対的なエネルギーが与えられ、作動流体１２
の構造体１１に対する流速は変化する。

【００２６】なお、実際の装置においては、作動流体１
２の粘性や、作動流体１２と構造体１１との間の摩擦等
が無視できない場合がある。その場合には、作動流体１
２は、構造体１１に外部から角加速度が与えられたとき
に角加速度運動を始め、構造体１１に外部から角加速度
が与えられないときは静止状態を保つ。そして、この場
合でも作動流体１２の流速は、外部から与えられた角加
速度に対応して変化する。

【００２７】このような構成を有する角加速度センサ１
０は、構造体１１に対する作動流体１２の流速が零のと
き、第一の温度検出素子１３２、第二の温度検出素子１
３３からはそれぞれ等しい熱エネルギーが検出される。
そして、構造体１１に対する作動流体１２の流速が大き
くなるにつれて、第一の温度検出素子１３２から検出さ
れる熱エネルギーと、第二の温度検出素子１３３から検
出される熱エネルギーとの差は大きくなる。例えば、作
動流体１２が第一の温度検出素子１３２から第二の温度
検出素子１３３の方向に移動している場合は、加熱素子
１３１で熱せられた作動流体１２が加熱素子１３１から
第二の温度検出素子１３３の方向に移動しているため、
第二の温度検出素子１３３からは大きい熱エネルギーが
検出され、第一の温度検出素子１３２からは小さい熱エ
ネルギーが検出される。この第一の温度検出素子１３２
から検出される熱エネルギーと、第二の温度検出素子１
３３から検出される熱エネルギーとの差は、流速に比例
する。そこで、第一の温度検出素子１３２、第二の温度
検出素子１３３で検出された熱エネルギーに対応する電
気信号を計算することにより、外部から構造体１１に与
えられた角加速度が検知される。

【００２８】このような構成を有する角加速度センサ１
０は、外部から作動流体１２に与えられた角加速度に対
応するエネルギーを消費することなく、角加速度を検知
することができる。すなわち、角加速度センサ１０は、
移動している作動流体１２に加熱素子１３１から熱エネ
ルギーを与え、第一の温度検出素子１３２、第二の温度
検出素子１３３で熱エネルギーの一部を消費することに
より検出した流速から角加速度を検知する。このよう
に、角加速度センサ１０は、外部から作動流体１２に与
えられたエネルギーではなく、加熱素子１３１が与えた
熱エネルギーを用いて流速を検出しているので、作動流
体１２に与えられたエネルギーが微少であっても正確に
角加速度の検知ができる。

【００２９】また、作動流体１２は、構造体１１の内壁
に対して十分な非親和性を有し、温度による粘性変化の
小さい流体であるため、作動流体１２の流動性がよい。
したがって、角加速度センサ１０を小型化した場合で
も、正確に角加速度の検知ができる。

【００３０】また、流速センサ１３の加熱素子１３１、
第一の温度検出素子１３２、第二の温度検出素子１３３
は、ＳｉＯ₂からなる面１１３ａ上に薄膜状に形成され
た抵抗素子であり、平面的に形成されているため、作動
流体１２の移動を妨げない。したがって、角加速度セン
サ１０を小型化することにより、作動流体１２の流動性
が悪くなった場合でも、正確に角加速度の検知ができ
る。

【００３１】また、本発明の角加速度センサ１０を小型
化した場合には、作動流体１２の体積が減るため、加熱
素子１３１が作動流体１２に与える熱エネルギーが少量
で足り、低消費電力化を図ることができる。

【００３２】更に、本発明の角加速度センサ１０は、流
速センサ１３が流路１１０の略中心に設けられているた
め、構造体１１の外部からの外乱の影響を受け難く、環
境の変化にかかわらず、正確に角加速度の検知ができ
る。

【００３３】なお、流速センサ１３を設ける場所は、面
１１３ａに限られず、流路１１０を構成している第一層
１１１、第二層１１２、第三層１１３、第四層１１４、
第五層１１５のいずれに設けてもよい。また、流速セン
サ１３の特性や、作動流体１２の流速分布にばらつきが
ある場合には、流速センサ１３を複数使用する等して流
速を検出し、角加速度を検知してもよい。

【００３４】次に、図６に本発明の角加速度センサの別
の実施例の断面図を示す。図６は、図１に示した１０ｃ
−１０ｃに相当する断面で、角加速度センサ２０を切断
した断面図である。図６において、図１に示した角加速
度センサ１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付
し、説明を省略する。

【００３５】図６において、角加速度センサ２０は、図
１に示した角加速度センサ１０の構造体１１に代えて構
造体２１を有し、構造体２１は薄膜１４を有する。薄膜
１４は、アルコールからなる作動流体１２に対して非親
和性を有するフッ素樹脂である。流路１１０′は、構造
体２１の内壁を薄膜１４で覆うことにより構成される。
ここで、薄膜１４は、構造体２１の内壁に、スプレー技
法や塗布法などの湿式法やＣＶＤのような乾式法を用い
て施される。なお、薄膜１４の厚さや熱伝達率の大きさ
により、薄膜１４は、角加速度センサ１０を覆うように
施してもよいし、角加速度センサ１０を覆わないように
施してもよい。

【００３６】このような構成を有する角加速度センサ２
０は、構造体２１と作動流体１２とが、作動流体１２に
対して非親和性を有する薄膜１４を介して接しているた
め、作動流体１２の流動性がよい。すなわち、角加速度
センサ２０は、構造体２１と作動流体１２との粘着力を
低減しているので、微少な角加速度が与えられた場合で
も作動流体が移動でき、正確に角加速度の検知ができ
る。

【００３７】なお、図１乃至６に示した実施例におい
て、構造体はマイクロマシニング技術に限らず、材料に
ガラスを用いたサンドブラスト技術などにより構成して
もよい。また、構造体の内壁と作動流体とに十分な非親
和性があれば薄膜を設けていなくてもよく、薄膜と作動
流体との組合せはフッ素樹脂とアルコールの組合せに限
らず、互いに非親和性を有する様々な物質の組合せでも
よい。また、流速センサは温度センサに限らず、磁気セ
ンサなどを用いてもよい。また、構造体の構成及び流路
の形状は、実施例に示した構成及び形状に限られるもの
ではない。

【００３８】次に、図７に本発明の角加速度センサを用
いた電子装置の一実施例を示す。図７は本発明の電子装
置であるビデオカメラに用いられる手ぶれ防止回路３０
の一実施例を示すブロック図である。手ぶれ防止回路３
０は、本発明の角加速度センサ１０と積分回路３０１と
サーボ回路３０２と電流ドライバ３０３とアクチュエー
タ３０４と位置検出センサ３０５とを有する。手ぶれ防
止回路３０は、角加速度センサ１０と、積分回路３０１
と、サーボ回路３０２と、電流ドライバ３０３と、アク
チュエータ３０４とが直列に接続され、アクチュエータ
３０４の出力が位置検出センサ３０５を介してサーボ回
路３０２に帰還されている。

【００３９】このように構成された手ぶれ防止回路３０
においては、ビデオカメラに与えられた手ぶれのうち、
角加速度信号のみが角加速度センサ１０から積分回路３
０１に入力され、積分回路３０１は角加速度信号を積分
してビデオカメラの振れ角に変換してサーボ回路３０２
に出力し、サーボ回路３０２は、積分回路３０１と位置
検出センサ３０５とから入力された振れ角の信号を用い
て現在値と目標値との差を演算して電流ドライバ３０３
に出力し、電流ドライバ３０３は入力された信号に応じ
た電流をアクチュエータ３０４に出力し、アクチュエー
タ３０４はビデオカメラの光学系を機械的に駆動する。
そして、位置検出センサ３０５は光学系が駆動した振れ
角をサーボ回路３０２に出力する。

【００４０】このような構成を有する手ぶれ防止回路３
０を有するビデオカメラは、角加速度を正確に検出でき
る角加速度センサ１０を用いているので、ビデオカメラ
に与えられる手ぶれの影響を的確に除去できる。

【００４１】以上、本発明の電子装置であるビデオカメ
ラに用いられる手ぶれ防止回路３０を用いて説明した
が、本発明の電子装置はビデオカメラに限られるもので
はない。

【００４２】

【発明の効果】本発明の角加速度センサは、作動流体の
移動を機械的なエネルギーではなく、熱的なエネルギー
等を用いて検出し、作動流体の運動エネルギーを減少さ
せないので、作動流体の微少な移動を検出することがで
き、正確に角加速度の検知ができる。

【００４３】また、本発明の角加速度センサは、作動流
体の移動方向に沿った面に流速センサが設けられている
ため、作動流体の流れが流速センサにより妨げらず、微
少な角加速度が与えられた場合でも作動流体が移動で
き、正確に角加速度の検知ができる。

【００４４】また、本発明の角加速度センサは、作動流
体が流路に対して非親和性を有するため、小型化をした
場合であっても作動流体の流動性がよく、正確に角加速
度の検知ができる。

【００４５】また、本発明の角加速度センサは、平面的
な構造の流速センサを用いているため、マイクロマシニ
ング技術等を用いた微細加工技術で構成することが容易
である。

【００４６】また、本発明の角加速度センサは、マイク
ロマシニング加工によって形成されているため、高精度
かつ安価に小型化が図れる。

【００４７】また、本発明の角加速度センサの流速セン
サは、機械的に駆動する部分がないため、機械的駆動部
の経時変化がなく、流速の検出値に変化が生じない。

【００４８】そして、本発明の電子装置は、正確に角加
速度の検知ができる角加速度センサを用いているため、
精度のよい制御機構を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角加速度センサの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】角加速度センサ１０の１０ａ−１０ａ断面図で
ある。

【図３】角加速度センサ１０の１０ｂ−１０ｂ断面図で
ある。

【図４】角加速度センサ１０の１０ｃ−１０ｃ断面図で
ある。

【図５】角加速度センサ１０に用いられる流速センサの
平面図である。

【図６】本発明の角加速度センサの別の実施例を示す２
０ｃ−２０ｃ断面図である。

【図７】本発明の電子装置に用いられる手ぶれ防止回路
の一実施例を示すブロック図である。

【図８】従来の角加速度センサの断面図である。

【符号の説明】

１０、２０…角加速度センサ １１、２１…構造体 １１０、１１０′…流路 １２…作動流体 １３…流速センサ １１３ａ…流速センサが配置される面 ３０…手ぶれ防止回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の流路を有する構造体と、 前記流路に封止され、前記構造体に加えられた角加速度
   により移動する作動流体と、前記作動流体の移動方向に
   沿った面に設けられた流速センサとを有することを特徴
   とする、角加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記流速センサは、加熱素子と、前記作
   動流体の移動方向に沿って前記加熱素子より一方側及び
   他方側の少なくとも一方に設けられた温度検出素子を有
   することを特徴とする、請求項１に記載の角加速度セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記流路は、前記作動流体に対して、非
   親和性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記
   載の角加速度センサ。
4. 【請求項４】 前記流路は、前記作動流体に対して非親
   和性を有する膜を介して前記作動流体に接していること
   を特徴とする、請求項３に記載の角加速度センサ。
5. 【請求項５】 前記流速センサは、前記流路の略中心に
   配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の角加速度センサ。
6. 【請求項６】 前記構造体は、マイクロマシニング加工
   によって形成されていることを特徴とする、請求項１乃
   至５のいずれかに記載の角加速度センサ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の角加
   速度センサを用いたことを特徴とする電子装置。