JP2001296311A - ３軸加速度センサ - Google Patents
３軸加速度センサInfo
- Publication number
- JP2001296311A JP2001296311A JP2000115631A JP2000115631A JP2001296311A JP 2001296311 A JP2001296311 A JP 2001296311A JP 2000115631 A JP2000115631 A JP 2000115631A JP 2000115631 A JP2000115631 A JP 2000115631A JP 2001296311 A JP2001296311 A JP 2001296311A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- electrode
- acceleration
- capacitance
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ軸出力及びＹ軸出力のそれぞれのＺ軸依存
性を小さくすることができる静電容量型の３軸加速度セ
ンサを提供する。 【解決手段】 印加される加速度により可動する重錘体
１１を取り付けた台座１３に対向配置された可撓基板１
７と台座との間に固定基板１５ａ、１５ｂを配置し、固
定基板１５ａの表面に可動電極２０ａ〜２２を形成し、
固定基板１５ｂの表面に可動電極２４ａ〜２６を形成
し、台座１３の可動電極２０ａ〜２２に対向する位置に
固定電極１９を形成し、可撓基板１７の可動電極２４ａ
〜２６に対向する位置に固定電極２３を形成し、可動電
極２０ａ〜２２及び固定電極１９間の容量値と可動電極
２４ａ〜２６及び固定電極２６間の容量値とによる容量
変化に基づいて、３軸方向の加速度を検出する。
性を小さくすることができる静電容量型の３軸加速度セ
ンサを提供する。 【解決手段】 印加される加速度により可動する重錘体
１１を取り付けた台座１３に対向配置された可撓基板１
７と台座との間に固定基板１５ａ、１５ｂを配置し、固
定基板１５ａの表面に可動電極２０ａ〜２２を形成し、
固定基板１５ｂの表面に可動電極２４ａ〜２６を形成
し、台座１３の可動電極２０ａ〜２２に対向する位置に
固定電極１９を形成し、可撓基板１７の可動電極２４ａ
〜２６に対向する位置に固定電極２３を形成し、可動電
極２０ａ〜２２及び固定電極１９間の容量値と可動電極
２４ａ〜２６及び固定電極２６間の容量値とによる容量
変化に基づいて、３軸方向の加速度を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３軸方向の加速度
を検出する３軸加速度センサに関し、特にＸ軸出力及び
Ｙ軸出力のそれぞれのＺ軸依存性を小さくすることがで
きる静電容量型の３軸加速度センサに関する。
を検出する３軸加速度センサに関し、特にＸ軸出力及び
Ｙ軸出力のそれぞれのＺ軸依存性を小さくすることがで
きる静電容量型の３軸加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０に従来のこの種の３軸加速度セン
サの一例を示す。図１０に示す３軸加速度センサは、外
部から加速度が印加される重錘体１０１と、この重錘体
１０１に印加された加速度により撓む可撓基板１０３
と、この可撓基板１０３に対向して配置された固定基板
１０５と、可撓基板１０３の固定基板１０５に対する対
向面に形成された５つの可動電極１０７ａ〜１０９と、
固定基板１０５の可撓基板１０３に対する対向面に形成
された固定電極１１０とを備えている。
サの一例を示す。図１０に示す３軸加速度センサは、外
部から加速度が印加される重錘体１０１と、この重錘体
１０１に印加された加速度により撓む可撓基板１０３
と、この可撓基板１０３に対向して配置された固定基板
１０５と、可撓基板１０３の固定基板１０５に対する対
向面に形成された５つの可動電極１０７ａ〜１０９と、
固定基板１０５の可撓基板１０３に対する対向面に形成
された固定電極１１０とを備えている。
【０００３】５つの可動電極は、図１１の上面図に示す
ように、互いにＸ軸方向に沿って配置され且つＸ軸方向
の加速度を検出するための可動電極１０７ａ，１０７ｂ
と、互いにＹ軸方向に沿って配置され且つＹ軸方向の加
速度を検出するための可動電極１０８ａ，１０８ｂと、
Ｚ軸方向の加速度を検出するための可動電極１０９とか
らなる。
ように、互いにＸ軸方向に沿って配置され且つＸ軸方向
の加速度を検出するための可動電極１０７ａ，１０７ｂ
と、互いにＹ軸方向に沿って配置され且つＹ軸方向の加
速度を検出するための可動電極１０８ａ，１０８ｂと、
Ｚ軸方向の加速度を検出するための可動電極１０９とか
らなる。
【０００４】固定電極１１０は、図１２の上面図に示す
ように正方形をなした共通電極である。この３軸加速度
センサは、５つの可動電極１０７ａ〜１０９と固定電極
１１０との間に発生する静電容量の変化に基づいて、重
錘体１０１に印加される加速度を検出している。
ように正方形をなした共通電極である。この３軸加速度
センサは、５つの可動電極１０７ａ〜１０９と固定電極
１１０との間に発生する静電容量の変化に基づいて、重
錘体１０１に印加される加速度を検出している。
【０００５】次に、３軸加速度センサの各軸に印加され
た加速度の検出を説明する。まず、加速度センサが図１
０に示す状態にあるときに、下方向（−Ｚ軸方向）に加
速度が印加されると、慣性力が加わって、図１３に示す
ような状態になる。
た加速度の検出を説明する。まず、加速度センサが図１
０に示す状態にあるときに、下方向（−Ｚ軸方向）に加
速度が印加されると、慣性力が加わって、図１３に示す
ような状態になる。
【０００６】すなわち、図１３に示す状態では、図１０
に示す状態に対して、固定電極１１０と可動電極１０７
ａ〜１０９との電極間ギャップが大きくなる。このた
め、図１０に示す初期状態よりも静電容量が小さくな
る。逆に、上方向（＋Ｚ軸方向）に加速度が印加される
と、慣性力により電極間ギャップが小さくなるため、図
１０に示す初期状態よりも静電容量が大きくなる。
に示す状態に対して、固定電極１１０と可動電極１０７
ａ〜１０９との電極間ギャップが大きくなる。このた
め、図１０に示す初期状態よりも静電容量が小さくな
る。逆に、上方向（＋Ｚ軸方向）に加速度が印加される
と、慣性力により電極間ギャップが小さくなるため、図
１０に示す初期状態よりも静電容量が大きくなる。
【０００７】従って、電極１０９の初期容量に対する容
量値の増減により、Ｚ軸方向に印加された加速度の方向
を知ることができ、また、加速度が印加されたときの初
期容量値に対する変化容量の大きさにより、印加された
加速度の大きさを知ることができる。
量値の増減により、Ｚ軸方向に印加された加速度の方向
を知ることができ、また、加速度が印加されたときの初
期容量値に対する変化容量の大きさにより、印加された
加速度の大きさを知ることができる。
【０００８】また、加速度センサが図１０に示す状態に
あるときに、左方向（−Ｘ軸方向）に加速度が印加され
ると、慣性力が加わって、図１４に示すような状態にな
る。すなわち、図１４に示す状態では、初期容量に対し
て可動電極１０７ｂ及び固定電極１０５間の容量値Ｃｘ
２は大きくなり、一方、可動電極１０７ａ及び固定電極
１０５間の容量値Ｃｘ１は小さくなる。
あるときに、左方向（−Ｘ軸方向）に加速度が印加され
ると、慣性力が加わって、図１４に示すような状態にな
る。すなわち、図１４に示す状態では、初期容量に対し
て可動電極１０７ｂ及び固定電極１０５間の容量値Ｃｘ
２は大きくなり、一方、可動電極１０７ａ及び固定電極
１０５間の容量値Ｃｘ１は小さくなる。
【０００９】その結果、（Ｃｘ１−Ｃｘ２）の容量値が
‘＋’であるか、あるいは‘−’であるかによって、Ｘ
軸方向に印加された加速度の方向を知ることができ、ま
た、Ｃｘ１とＣｘ２との差の大きさによって、Ｘ軸方向
に印加された加速度の大きさを知ることができる。ま
た、Ｙ軸に関しても、Ｘ軸の加速度の検出と同様に、印
加された加速度の方向及び大きさを知ることができる。
‘＋’であるか、あるいは‘−’であるかによって、Ｘ
軸方向に印加された加速度の方向を知ることができ、ま
た、Ｃｘ１とＣｘ２との差の大きさによって、Ｘ軸方向
に印加された加速度の大きさを知ることができる。ま
た、Ｙ軸に関しても、Ｘ軸の加速度の検出と同様に、印
加された加速度の方向及び大きさを知ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
３軸加速度センサにあっては、Ｘ軸方向の出力及びＹ軸
方向の出力は、Ｚ軸方向の電極位置に依存するという問
題があった。例えば、Ｘ軸方向に１Ｇが印加されたとき
の出力値は、常に一定値ではなく、Ｚ軸方向の電極位置
（Ｚ軸方向に印加される加速度）によって、Ｘ軸方向に
印加された加速度が同じでも変化容量が異なっている。
すなわち、Ｘ軸出力、Ｙ軸出力のそれぞれはＺ軸依存性
を持つという問題があった。
３軸加速度センサにあっては、Ｘ軸方向の出力及びＹ軸
方向の出力は、Ｚ軸方向の電極位置に依存するという問
題があった。例えば、Ｘ軸方向に１Ｇが印加されたとき
の出力値は、常に一定値ではなく、Ｚ軸方向の電極位置
（Ｚ軸方向に印加される加速度）によって、Ｘ軸方向に
印加された加速度が同じでも変化容量が異なっている。
すなわち、Ｘ軸出力、Ｙ軸出力のそれぞれはＺ軸依存性
を持つという問題があった。
【００１１】本発明は、Ｘ軸出力及びＹ軸出力のそれぞ
れのＺ軸依存性を小さくすることができる静電容量型の
３軸加速度センサを提供することを課題とする。
れのＺ軸依存性を小さくすることができる静電容量型の
３軸加速度センサを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために以下の構成とした。請求項１の発明は、印加
される加速度により可動する重錘体が取り付けられた台
座と、この台座に対向して配置された可撓基板と、この
可撓基板と前記台座とに挟まれて配置された固定基板
と、この固定基板の一方の面に形成され且つＸ軸加速度
検出用の第１Ｘ軸電極，Ｙ軸加速度検出用の第１Ｙ軸電
極及びＺ軸加速度検出用の第１Ｚ軸電極からなる第１可
動電極と、固定基板の他方の面に形成され且つ第１Ｘ軸
電極，第１Ｙ軸電極及び第１Ｚ軸電極に対向して配置さ
れた第２Ｘ軸電極，第２Ｙ軸電極及び第２Ｚ軸電極から
なる第２可動電極と、台座の第１可動電極に対向する位
置に形成された第１固定電極と、可撓基板の第２可動電
極に対向する位置に形成された第２固定電極と、第１可
動電極及び第１固定電極間の容量値と第２可動電極及び
第２固定電極間の容量値とによる容量変化に基づいて、
３軸方向の加速度を検出する加速度検出手段とを備える
ことを特徴とする。
するために以下の構成とした。請求項１の発明は、印加
される加速度により可動する重錘体が取り付けられた台
座と、この台座に対向して配置された可撓基板と、この
可撓基板と前記台座とに挟まれて配置された固定基板
と、この固定基板の一方の面に形成され且つＸ軸加速度
検出用の第１Ｘ軸電極，Ｙ軸加速度検出用の第１Ｙ軸電
極及びＺ軸加速度検出用の第１Ｚ軸電極からなる第１可
動電極と、固定基板の他方の面に形成され且つ第１Ｘ軸
電極，第１Ｙ軸電極及び第１Ｚ軸電極に対向して配置さ
れた第２Ｘ軸電極，第２Ｙ軸電極及び第２Ｚ軸電極から
なる第２可動電極と、台座の第１可動電極に対向する位
置に形成された第１固定電極と、可撓基板の第２可動電
極に対向する位置に形成された第２固定電極と、第１可
動電極及び第１固定電極間の容量値と第２可動電極及び
第２固定電極間の容量値とによる容量変化に基づいて、
３軸方向の加速度を検出する加速度検出手段とを備える
ことを特徴とする。
【００１３】請求項１の発明によれば、加速度がＺ軸方
向に印加されると、慣性力によって、重錘体、台座、及
び可撓基板が可動し、例えば、第１可動電極及び第１固
定電極間の距離は、加速度が印加されていない初期状態
の距離よりも大きくなり、第２可動電極及び第２固定電
極間の距離は、前記初期状態の距離よりも小さくなる。
このとき、Ｚ軸方向に加速度が印加されたときの第１Ｘ
軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極及び
第２固定電極間の容量値との和は、初期状態における第
１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極
及び第２固定電極間の容量値との和と同じになる。すな
わち、第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２
Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和は、初期状
態とＺ軸方向に加速度が印加された状態とで、同じとみ
なせるので、このような状態でＸ軸に加速度が印加され
たときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力とな
る。また、Ｙ軸出力もＸ軸出力と同様にＺ軸の加速度に
依存しない出力となる。
向に印加されると、慣性力によって、重錘体、台座、及
び可撓基板が可動し、例えば、第１可動電極及び第１固
定電極間の距離は、加速度が印加されていない初期状態
の距離よりも大きくなり、第２可動電極及び第２固定電
極間の距離は、前記初期状態の距離よりも小さくなる。
このとき、Ｚ軸方向に加速度が印加されたときの第１Ｘ
軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極及び
第２固定電極間の容量値との和は、初期状態における第
１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極
及び第２固定電極間の容量値との和と同じになる。すな
わち、第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２
Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和は、初期状
態とＺ軸方向に加速度が印加された状態とで、同じとみ
なせるので、このような状態でＸ軸に加速度が印加され
たときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力とな
る。また、Ｙ軸出力もＸ軸出力と同様にＺ軸の加速度に
依存しない出力となる。
【００１４】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、第１可動電極は、第１Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向
に沿って一対の第１Ｘ軸電極が配置され、且つ第１Ｚ軸
電極を挟んでＹ軸方向に沿って一対の第１Ｙ軸電極が配
置され、第２可動電極は、第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方
向に沿って一対の第２Ｘ軸電極が配置され、第２Ｚ軸電
極を挟んでＹ軸方向に沿って一対の第２Ｙ軸電極が配置
されることを特徴とする。
いて、第１可動電極は、第１Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向
に沿って一対の第１Ｘ軸電極が配置され、且つ第１Ｚ軸
電極を挟んでＹ軸方向に沿って一対の第１Ｙ軸電極が配
置され、第２可動電極は、第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方
向に沿って一対の第２Ｘ軸電極が配置され、第２Ｚ軸電
極を挟んでＹ軸方向に沿って一対の第２Ｙ軸電極が配置
されることを特徴とする。
【００１５】請求項２の発明によれば、第１Ｚ軸電極を
挟んでＸ軸方向に沿って配置された一対の第１Ｘ軸電極
と第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向に沿って配置された一
対の第２Ｘ軸電極とを用いて、Ｘ軸方向の加速度を検出
でき、第１Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向に沿って配置され
た一対の第１Ｙ軸電極と第２Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向
に沿って配置された一対の第２Ｙ軸電極とを用いて、Ｙ
軸方向の加速度を検出できる。
挟んでＸ軸方向に沿って配置された一対の第１Ｘ軸電極
と第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向に沿って配置された一
対の第２Ｘ軸電極とを用いて、Ｘ軸方向の加速度を検出
でき、第１Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向に沿って配置され
た一対の第１Ｙ軸電極と第２Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向
に沿って配置された一対の第２Ｙ軸電極とを用いて、Ｙ
軸方向の加速度を検出できる。
【００１６】請求項３の発明の加速度検出手段は、請求
項２の発明において、一方の第１Ｘ軸電極及び第１固定
電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極に対向した一方の
第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第１
合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電極及び第１固定電
極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に対向した他方の第
２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第２合
計値として求め、第１合計値と第２合計値との差による
容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速度を検出すること
を特徴とする。
項２の発明において、一方の第１Ｘ軸電極及び第１固定
電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極に対向した一方の
第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第１
合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電極及び第１固定電
極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に対向した他方の第
２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第２合
計値として求め、第１合計値と第２合計値との差による
容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速度を検出すること
を特徴とする。
【００１７】請求項３の発明によれば、一方の第１Ｘ軸
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極
に対向した一方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に
対向した他方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｘ軸に加速度が印加さ
れたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極
に対向した一方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に
対向した他方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｘ軸に加速度が印加さ
れたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
【００１８】請求項４の発明の加速度検出手段は、請求
項２の発明において、一方の第１Ｙ軸電極及び第１固定
電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極に対向した一方の
第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第１
合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電極及び第１固定電
極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に対向した他方の第
２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第２合
計値として求め、第１合計値と第２合計値との差による
容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速度を検出すること
を特徴とする。
項２の発明において、一方の第１Ｙ軸電極及び第１固定
電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極に対向した一方の
第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第１
合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電極及び第１固定電
極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に対向した他方の第
２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和を第２合
計値として求め、第１合計値と第２合計値との差による
容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速度を検出すること
を特徴とする。
【００１９】請求項４の発明によれば、一方の第１Ｙ軸
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極
に対向した一方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に
対向した他方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｙ軸に加速度が印加さ
れたときのＹ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極
に対向した一方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に
対向した他方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｙ軸に加速度が印加さ
れたときのＹ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
【００２０】請求項５の発明の加速度検出手段は、請求
項２の発明において、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間
の容量値と第１Ｚ軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第
２固定電極間の容量値との差による容量変化に基づい
て、Ｚ軸方向の加速度を検出することを特徴とする。
項２の発明において、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間
の容量値と第１Ｚ軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第
２固定電極間の容量値との差による容量変化に基づい
て、Ｚ軸方向の加速度を検出することを特徴とする。
【００２１】請求項５の発明によれば、加速度検出手段
は、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第１Ｚ
軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との差による容量変化に基づいて、Ｚ軸方向の加速
度を検出するので、それぞれの容量値に外来ノイズが重
畳されても外来ノイズがほぼ同等のノイズレベルであれ
ば、差分をとることで外来ノイズがキャンセルされるか
ら、従来の加速度センサよりも耐ノイズが良くなる。ま
た、Ｚ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加
速度センサの出力の約２倍の出力が得られる。さらに、
温度ドリフトがキャンセルされ、温度特性が良くなる。
は、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第１Ｚ
軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との差による容量変化に基づいて、Ｚ軸方向の加速
度を検出するので、それぞれの容量値に外来ノイズが重
畳されても外来ノイズがほぼ同等のノイズレベルであれ
ば、差分をとることで外来ノイズがキャンセルされるか
ら、従来の加速度センサよりも耐ノイズが良くなる。ま
た、Ｚ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加
速度センサの出力の約２倍の出力が得られる。さらに、
温度ドリフトがキャンセルされ、温度特性が良くなる。
【００２２】請求項６の発明の加速度検出手段は、請求
項３乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記
容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電圧に変
換する容量電圧変換手段を有することを特徴とする。
項３乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記
容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電圧に変
換する容量電圧変換手段を有することを特徴とする。
【００２３】請求項６の発明によれば、容量電圧変換手
段は、容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電
圧に変換するので、各軸方向の加速度を各軸方向の電圧
値として検出することができる。
段は、容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電
圧に変換するので、各軸方向の加速度を各軸方向の電圧
値として検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の３軸加速度センサ
の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に本発明
の３軸加速度センサの実施の形態の構成図を示す。図２
に可動電極及び固定電極の上面図を示す。図３に各軸方
向の加速度の検出の説明図を示す。ここでは、加速度方
向の３軸方向については、左右方向がＸ軸方向であり、
紙面に対して垂直方向がＹ軸方向であり、上下方向がＺ
軸方向と定義する。
の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に本発明
の３軸加速度センサの実施の形態の構成図を示す。図２
に可動電極及び固定電極の上面図を示す。図３に各軸方
向の加速度の検出の説明図を示す。ここでは、加速度方
向の３軸方向については、左右方向がＸ軸方向であり、
紙面に対して垂直方向がＹ軸方向であり、上下方向がＺ
軸方向と定義する。
【００２５】図１において、３軸加速度センサは、印加
される加速度により可動する重錘体１１と、この重錘体
１１が取り付けられた台座１３と、この台座１３に対向
して配置された可撓基板１７と、この可撓基板１７と台
座１３とに挟まれて配置され且つ互いに接合された固定
基板１５ａ，１５ｂとを有している。重錘体１１、台座
１３、及び可撓基板１７は、例えば、シリコンからな
り、固定基板１５ａ、１５ｂは、例えば、ガラスからな
る。
される加速度により可動する重錘体１１と、この重錘体
１１が取り付けられた台座１３と、この台座１３に対向
して配置された可撓基板１７と、この可撓基板１７と台
座１３とに挟まれて配置され且つ互いに接合された固定
基板１５ａ，１５ｂとを有している。重錘体１１、台座
１３、及び可撓基板１７は、例えば、シリコンからな
り、固定基板１５ａ、１５ｂは、例えば、ガラスからな
る。
【００２６】また、固定基板１５ａの表面には、Ｘ軸加
速度検出用の第１Ｘ軸電極としての可動電極２０ａ，２
０ｂと、Ｙ軸加速度検出用の第１Ｙ軸電極としての可動
電極２１ａ，２１ｂと、Ｚ軸加速度検出用の第１Ｚ軸電
極としての可動電極２２と、が形成されている。固定基
板１５ｂの表面には、可動電極２０ａ，２０ｂと対向し
て配置された第２Ｘ軸電極としての可動電極２４ａ，２
４ｂと、可動電極２１ａ，２１ｂと対向して配置された
第２Ｙ軸電極としての可動電極２５ａ，２５ｂと、可動
電極２２と対向して配置された第２Ｚ軸電極としての可
動電極２６と、が形成されている。
速度検出用の第１Ｘ軸電極としての可動電極２０ａ，２
０ｂと、Ｙ軸加速度検出用の第１Ｙ軸電極としての可動
電極２１ａ，２１ｂと、Ｚ軸加速度検出用の第１Ｚ軸電
極としての可動電極２２と、が形成されている。固定基
板１５ｂの表面には、可動電極２０ａ，２０ｂと対向し
て配置された第２Ｘ軸電極としての可動電極２４ａ，２
４ｂと、可動電極２１ａ，２１ｂと対向して配置された
第２Ｙ軸電極としての可動電極２５ａ，２５ｂと、可動
電極２２と対向して配置された第２Ｚ軸電極としての可
動電極２６と、が形成されている。
【００２７】可動電極２２は、図２（ａ）に示すよう
に、十字状をなして中央部に配置される。なお、可動電
極２２の形状は、自由であり、中心に位置すればよい。
可動電極２０ａ，２０ｂは、可動電極２２を挟んでＸ軸
方向に沿って配置され、可動電極２１ａ，２１ｂは、可
動電極２２を挟んでＹ軸方向に沿って配置されている。
可動電極２６も、可動電極２２と略同一に構成され、可
動電極２４ａ，２４ｂも、可動電極２０ａ，２０ｂと略
同一に構成され、可動電極２５ａ，２５ｂも、可動電極
２１ａ，２１ｂと略同一に構成されている。
に、十字状をなして中央部に配置される。なお、可動電
極２２の形状は、自由であり、中心に位置すればよい。
可動電極２０ａ，２０ｂは、可動電極２２を挟んでＸ軸
方向に沿って配置され、可動電極２１ａ，２１ｂは、可
動電極２２を挟んでＹ軸方向に沿って配置されている。
可動電極２６も、可動電極２２と略同一に構成され、可
動電極２４ａ，２４ｂも、可動電極２０ａ，２０ｂと略
同一に構成され、可動電極２５ａ，２５ｂも、可動電極
２１ａ，２１ｂと略同一に構成されている。
【００２８】また、台座１３の可動電極２０ａ，２０
ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２に対向する位置には、固定電
極１９が形成されており、可撓基板１７の可動電極２４
ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６に対向する位置に
は、固定電極２３が形成されている。この固定電極１
９，２３は、図２（ｂ）に示すように、略正方形状をな
している。前記可動電極及び固定電極は、例えば、アル
ミニウムからなる。
ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２に対向する位置には、固定電
極１９が形成されており、可撓基板１７の可動電極２４
ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６に対向する位置に
は、固定電極２３が形成されている。この固定電極１
９，２３は、図２（ｂ）に示すように、略正方形状をな
している。前記可動電極及び固定電極は、例えば、アル
ミニウムからなる。
【００２９】固定電極１９，２３、及び可動電極２０ａ
〜２２，２４ａ〜２６は、図示しない回路基板に接続さ
れており、この回路基板には後述する加速度検出回路が
設けられている。
〜２２，２４ａ〜２６は、図示しない回路基板に接続さ
れており、この回路基板には後述する加速度検出回路が
設けられている。
【００３０】可動電極２０ａ〜２２と固定電極１９との
間で複数の可変容量素子を構成し、且つ可動電極２４ａ
〜２６と固定電極２３との間で複数の可変容量素子を構
成し、これらの複数の可変容量素子の容量変化に基づき
３軸方向の加速度成分を検出するようになっている。
間で複数の可変容量素子を構成し、且つ可動電極２４ａ
〜２６と固定電極２３との間で複数の可変容量素子を構
成し、これらの複数の可変容量素子の容量変化に基づき
３軸方向の加速度成分を検出するようになっている。
【００３１】Ｘ軸方向の加速度検出において、図３に示
すように、可変容量素子ＣX+1は、可動電極２０ａと固
定電極１９とで構成され、可変容量素子ＣX+2は、可動
電極２０ｂと固定電極１９とで構成される。可変容量素
子ＣX-2は、可動電極２４ａと固定電極２３とで構成さ
れ、可変容量素子ＣX-1は、可動電極２４ｂと固定電極
２３とで構成される。なお、Ｙ軸方向の加速度検出にお
ける各可変容量素子は、Ｘ軸方向の加速度検出における
各可変容量素子と同様に構成されるので、ここではその
説明は省略する。
すように、可変容量素子ＣX+1は、可動電極２０ａと固
定電極１９とで構成され、可変容量素子ＣX+2は、可動
電極２０ｂと固定電極１９とで構成される。可変容量素
子ＣX-2は、可動電極２４ａと固定電極２３とで構成さ
れ、可変容量素子ＣX-1は、可動電極２４ｂと固定電極
２３とで構成される。なお、Ｙ軸方向の加速度検出にお
ける各可変容量素子は、Ｘ軸方向の加速度検出における
各可変容量素子と同様に構成されるので、ここではその
説明は省略する。
【００３２】Ｚ軸方向の加速度検出において、可変容量
素子Ｃｚ+は、可動電極２２と固定電極１９とで構成さ
れ、可変容量素子Ｃｚ-は、可動電極２６と固定電極２
３とで構成される。なお、固定電極１９，２３は大地
（ＧＮＤ）に接続される。
素子Ｃｚ+は、可動電極２２と固定電極１９とで構成さ
れ、可変容量素子Ｃｚ-は、可動電極２６と固定電極２
３とで構成される。なお、固定電極１９，２３は大地
（ＧＮＤ）に接続される。
【００３３】次に、このように構成された実施の形態の
３軸加速度センサの動作を説明する。ここでは、Ｚ軸方
向に加速度が印加された状態で、さらに、Ｘ軸方向に加
速度が印加された場合について説明する。図３（ａ）で
は、加速度が印加されない初期状態を示し、図３（ｂ）
では、Ｚ軸方向に加速度が印加された状態を示す。
３軸加速度センサの動作を説明する。ここでは、Ｚ軸方
向に加速度が印加された状態で、さらに、Ｘ軸方向に加
速度が印加された場合について説明する。図３（ａ）で
は、加速度が印加されない初期状態を示し、図３（ｂ）
では、Ｚ軸方向に加速度が印加された状態を示す。
【００３４】また、図３（ａ）に示すように、加速度が
印加されていない初期状態では、固定電極１９及び可動
電極２０ａ〜２２間の距離はｄ０であり、且つ固定電極
２３及び可動電極２４ａ〜２６間の距離もｄ０である。
また、固定基板１５ａの厚みと固定基板１５ｂの厚みと
の合計厚みｄ３は、ｄ０よりも非常に大きくなってい
る。このため、例えば、可動電極２０ａと可動電極２４
ａとで形成される容量値（固定基板１５ａ及び固定基板
１５ｂ間の容量値）は、非常に小さくなるため、ここで
は、無視するものとする。
印加されていない初期状態では、固定電極１９及び可動
電極２０ａ〜２２間の距離はｄ０であり、且つ固定電極
２３及び可動電極２４ａ〜２６間の距離もｄ０である。
また、固定基板１５ａの厚みと固定基板１５ｂの厚みと
の合計厚みｄ３は、ｄ０よりも非常に大きくなってい
る。このため、例えば、可動電極２０ａと可動電極２４
ａとで形成される容量値（固定基板１５ａ及び固定基板
１５ｂ間の容量値）は、非常に小さくなるため、ここで
は、無視するものとする。
【００３５】まず、図３（ａ）において、Ｚ軸方向の加
速度が加わると、重錘体１１は慣性力により図３（ｂ）
に示すように上方向に移動する。すると、重錘体１１に
移動に伴って、台座１３、固定基板１５ａ，１５ｂ、及
び可撓基板１７も上方向に移動するとともに、台座１３
が伸び、逆に可撓基板１７が縮む。
速度が加わると、重錘体１１は慣性力により図３（ｂ）
に示すように上方向に移動する。すると、重錘体１１に
移動に伴って、台座１３、固定基板１５ａ，１５ｂ、及
び可撓基板１７も上方向に移動するとともに、台座１３
が伸び、逆に可撓基板１７が縮む。
【００３６】このとき、固定電極１９及び可動電極２０
ａ〜２２間の距離はｄ１となり、また、固定電極２３及
び可動電極２４ａ〜２６間の距離はｄ２となり、ｄ１は
ｄ２よりも大きくなる。
ａ〜２２間の距離はｄ１となり、また、固定電極２３及
び可動電極２４ａ〜２６間の距離はｄ２となり、ｄ１は
ｄ２よりも大きくなる。
【００３７】次に、図４に示すように、Ｚ軸方向に加速
度が印加された状態で、Ｘ軸方向（あるいはＹ軸方向）
の加速度が加わると、重錘体１１は慣性力により例え
ば、左方向または右方向に移動する。このとき、Ｚ軸方
向に加速度が印加された状態で、さらにＸ軸方向に加速
度が印加されたときのＸ軸出力（Ｘ軸方向の容量値出
力）は、（ＣX+1＋ＣX-2）−（ＣX+2＋ＣX-1）を演算す
ることにより、求められる。
度が印加された状態で、Ｘ軸方向（あるいはＹ軸方向）
の加速度が加わると、重錘体１１は慣性力により例え
ば、左方向または右方向に移動する。このとき、Ｚ軸方
向に加速度が印加された状態で、さらにＸ軸方向に加速
度が印加されたときのＸ軸出力（Ｘ軸方向の容量値出
力）は、（ＣX+1＋ＣX-2）−（ＣX+2＋ＣX-1）を演算す
ることにより、求められる。
【００３８】Ｚ軸方向に加速度が印加されたときの可動
電極２０ａ及び固定電極１９間のギャップｄ１と、Ｚ軸
方向に加速度が印加されたときの可動電極２４ａ及び固
定電極２３間のギャップｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）は、
初期状態における、可動電極２０ａ及び固定電極１９間
のギャップｄ０と、可動電極２４ａ及び固定電極２３間
のギャップｄ０との和（ｄ０＋ｄ０）と同じである。
電極２０ａ及び固定電極１９間のギャップｄ１と、Ｚ軸
方向に加速度が印加されたときの可動電極２４ａ及び固
定電極２３間のギャップｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）は、
初期状態における、可動電極２０ａ及び固定電極１９間
のギャップｄ０と、可動電極２４ａ及び固定電極２３間
のギャップｄ０との和（ｄ０＋ｄ０）と同じである。
【００３９】すなわち、（ｄ１−ｄ０）の絶対値と（ｄ
２−ｄ０）の絶対値とは微小変位においては同じとみな
せる。このため、容量と電極間ギャップは、反比例の関
係にあるが、加速度が印加されることによる微小変位に
おいては、可動電極２０ａと固定電極１９との容量値と
可動電極２４ａと固定電極２３との容量値との和は、図
３（ａ）に示す初期状態と図３（ｂ）に示す加速度印加
状態とにおいて、同じとみなせる。すなわち、出力（Ｃ
X+1＋ＣX-2）はＺ軸依存性を持たなくなる。このような
状態で、Ｘ軸に加速度が印加されたときのＸ軸出力（Ｃ
X+1＋ＣX-2）−（ＣX+2＋ＣX-1）は、Ｚ軸の加速度に依
存しない出力となる。
２−ｄ０）の絶対値とは微小変位においては同じとみな
せる。このため、容量と電極間ギャップは、反比例の関
係にあるが、加速度が印加されることによる微小変位に
おいては、可動電極２０ａと固定電極１９との容量値と
可動電極２４ａと固定電極２３との容量値との和は、図
３（ａ）に示す初期状態と図３（ｂ）に示す加速度印加
状態とにおいて、同じとみなせる。すなわち、出力（Ｃ
X+1＋ＣX-2）はＺ軸依存性を持たなくなる。このような
状態で、Ｘ軸に加速度が印加されたときのＸ軸出力（Ｃ
X+1＋ＣX-2）−（ＣX+2＋ＣX-1）は、Ｚ軸の加速度に依
存しない出力となる。
【００４０】なお、Ｙ軸出力もＸ軸出力と同様なやり方
で求められ、また、得られたＹ軸出力もＸ軸出力と同様
にＺ軸の加速度に依存しない出力となる。
で求められ、また、得られたＹ軸出力もＸ軸出力と同様
にＺ軸の加速度に依存しない出力となる。
【００４１】一方、Ｚ軸方向に加速度が印加された状態
において、Ｚ軸出力は、次のようにして求められる。可
動電極２２及び固定電極１９間の容量値Ｃｚ+と、可動
電極２６及び固定電極２３間の容量値Ｃｚ-との差を検
出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出することが
できる。
において、Ｚ軸出力は、次のようにして求められる。可
動電極２２及び固定電極１９間の容量値Ｃｚ+と、可動
電極２６及び固定電極２３間の容量値Ｃｚ-との差を検
出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出することが
できる。
【００４２】このとき、容量値Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との
それぞれに外来ノイズが乗っていても、同等に近い外来
ノイズであれば、容量値Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との差をと
ることにより、外来ノイズをキャンセルすることができ
るので、従来の加速度センサよりも耐ノイズ性が良くな
る。
それぞれに外来ノイズが乗っていても、同等に近い外来
ノイズであれば、容量値Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との差をと
ることにより、外来ノイズをキャンセルすることができ
るので、従来の加速度センサよりも耐ノイズ性が良くな
る。
【００４３】また、容量値Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との温度
ドリフトはほぼ同じであるため、温度ドリフトがキャン
セルされ、温度特性が良くなる。
ドリフトはほぼ同じであるため、温度ドリフトがキャン
セルされ、温度特性が良くなる。
【００４４】また、従来の加速度センサのＺ軸出力は、
リファレンス容量（固定容量）との比較で加速度による
変化容量を検出していたが、実施の形態の加速度センサ
のＺ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加速
度センサに比較して略２倍の感度が得られる。
リファレンス容量（固定容量）との比較で加速度による
変化容量を検出していたが、実施の形態の加速度センサ
のＺ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加速
度センサに比較して略２倍の感度が得られる。
【００４５】次に、可変容量素子の変動分に基づき各軸
方向の加速度成分に応じた電圧値を検出する加速度検出
回路について説明する。図５に実施の形態の加速度検出
回路を示す。
方向の加速度成分に応じた電圧値を検出する加速度検出
回路について説明する。図５に実施の形態の加速度検出
回路を示す。
【００４６】図５に示す加速度検出回路は、Ｘ軸用の可
変容量Ｃ１１，Ｃ２１と、Ｘ軸用のアナログスイッチＳ
Ｗ１１，ＳＷ２１，ＳＷ３１，ＳＷ４１，ＳＷ６１と、
Ｙ軸用の可変容量Ｃ１２，Ｃ２２と、Ｘ軸用のローパス
フィルター３２１と、Ｙ軸用のアナログスイッチＳＷ１
２，ＳＷ２２，ＳＷ３２，ＳＷ４２，ＳＷ６２と、Ｙ軸
用のローパスフィルター３２２と、Ｚ軸用の可変容量Ｃ
１３，Ｃ２３と、Ｚ軸用のアナログスイッチＳＷ１３，
ＳＷ２３，ＳＷ３３，ＳＷ４３，ＳＷ６３と、Ｚ軸用の
ローパスフィルター３２３と、各軸共通の差動増幅器３
１とを備えて構成されている。各軸用の可変容量同士の
接続点Ｐは、差動増幅器３１の反転入力端子（−）に接
続されている。
変容量Ｃ１１，Ｃ２１と、Ｘ軸用のアナログスイッチＳ
Ｗ１１，ＳＷ２１，ＳＷ３１，ＳＷ４１，ＳＷ６１と、
Ｙ軸用の可変容量Ｃ１２，Ｃ２２と、Ｘ軸用のローパス
フィルター３２１と、Ｙ軸用のアナログスイッチＳＷ１
２，ＳＷ２２，ＳＷ３２，ＳＷ４２，ＳＷ６２と、Ｙ軸
用のローパスフィルター３２２と、Ｚ軸用の可変容量Ｃ
１３，Ｃ２３と、Ｚ軸用のアナログスイッチＳＷ１３，
ＳＷ２３，ＳＷ３３，ＳＷ４３，ＳＷ６３と、Ｚ軸用の
ローパスフィルター３２３と、各軸共通の差動増幅器３
１とを備えて構成されている。各軸用の可変容量同士の
接続点Ｐは、差動増幅器３１の反転入力端子（−）に接
続されている。
【００４７】ここで、Ｃ１１は、ＣX+1とＣX-2との総和
であり、Ｃ２１は、ＣX+2とＣX-1との総和である。Ｃ１
２は、ＣY+1とＣY-2との総和であり、Ｃ２２は、ＣY+2
とＣY-1との総和である。Ｃ１３は、ＣZ+であり、Ｃ２
３は、ＣZ-である。
であり、Ｃ２１は、ＣX+2とＣX-1との総和である。Ｃ１
２は、ＣY+1とＣY-2との総和であり、Ｃ２２は、ＣY+2
とＣY-1との総和である。Ｃ１３は、ＣZ+であり、Ｃ２
３は、ＣZ-である。
【００４８】図６に示すようにクロック発生器Ｒｃｋか
ら論理レベル「Ｈ」と論理レベル「Ｌ」とのデューティ
比を１：５としたクロック信号ＣＬＫ’がシフトレジス
ターＳＲにより１／６周期ずつシフトされて、クロック
パルスφ１１，φ２１，φ１２，φ２２，φ１３，φ２
３の順にシフトレジスターＳＲから出力される。
ら論理レベル「Ｈ」と論理レベル「Ｌ」とのデューティ
比を１：５としたクロック信号ＣＬＫ’がシフトレジス
ターＳＲにより１／６周期ずつシフトされて、クロック
パルスφ１１，φ２１，φ１２，φ２２，φ１３，φ２
３の順にシフトレジスターＳＲから出力される。
【００４９】そして、図５に示すように、クロックパル
スφ１１がアナログスイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ
６１に各々入力され、クロックパルスφ２１がアナログ
スイッチＳＷ３１，ＳＷ４１に各々入力される。
スφ１１がアナログスイッチＳＷ１１，ＳＷ２１，ＳＷ
６１に各々入力され、クロックパルスφ２１がアナログ
スイッチＳＷ３１，ＳＷ４１に各々入力される。
【００５０】すると、Ｘ軸用の可変容量Ｃ１１とＸ軸用
の可変容量Ｃ２１との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６１を
介してローパルスフィルター３２１の出力側にＸ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｘ軸
方向の加速度が検出される。
の可変容量Ｃ２１との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６１を
介してローパルスフィルター３２１の出力側にＸ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｘ軸
方向の加速度が検出される。
【００５１】次に、クロックパルスφ１２がアナログス
イッチＳＷ１２，ＳＷ２２，ＳＷ６２に各々入力され、
クロックパルスφ２２がアナログスイッチＳＷ３２，Ｓ
Ｗ４２に各々入力される。
イッチＳＷ１２，ＳＷ２２，ＳＷ６２に各々入力され、
クロックパルスφ２２がアナログスイッチＳＷ３２，Ｓ
Ｗ４２に各々入力される。
【００５２】すると、Ｙ軸用の可変容量Ｃ１２とＹ軸用
の可変容量Ｃ２２との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６２を
介してローパルスフィルター３２２の出力側にＹ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｙ軸
方向の加速度が検出される。
の可変容量Ｃ２２との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６２を
介してローパルスフィルター３２２の出力側にＹ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｙ軸
方向の加速度が検出される。
【００５３】さらに、クロックパルスφ１３がアナログ
スイッチＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ６３に各々入力さ
れ、クロックパルスφ２３がアナログスイッチＳＷ３
３，ＳＷ４３に各々入力される。
スイッチＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ６３に各々入力さ
れ、クロックパルスφ２３がアナログスイッチＳＷ３
３，ＳＷ４３に各々入力される。
【００５４】すると、Ｚ軸用の可変容量Ｃ１３とＺ軸用
の可変容量Ｃ２３との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６３を
介してローパルスフィルター３２３の出力側にＺ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｚ軸
方向の加速度が検出される。
の可変容量Ｃ２３との容量比に対応した電圧が差動増幅
器３１により増幅されて、アナログスイッチＳＷ６３を
介してローパルスフィルター３２３の出力側にＺ軸用の
容量比に対応した電圧出力が得られる。すなわち、Ｚ軸
方向の加速度が検出される。
【００５５】また、加速度検出回路では、図７に示すよ
うに、シフトレジスターＳＲからの３つのクロックパル
スφ２１，φ２２，φ２３が論理和回路ＯＲにより合成
されて、リセットパルスφＲとしてアナログスイッチＳ
Ｗ５に入力される。
うに、シフトレジスターＳＲからの３つのクロックパル
スφ２１，φ２２，φ２３が論理和回路ＯＲにより合成
されて、リセットパルスφＲとしてアナログスイッチＳ
Ｗ５に入力される。
【００５６】なお、各クロックパルスφ１１，φ２１，
φ１２，φ２２，φ１３，φ２３とリセットパルスφＲ
との時系列の関係を、図８のタイミングチャートに示
す。
φ１２，φ２２，φ１３，φ２３とリセットパルスφＲ
との時系列の関係を、図８のタイミングチャートに示
す。
【００５７】このように、実施の形態の３軸加速度セン
サによれば、３軸方向の加速度を検出することができる
とともに、Ｘ軸出力及びＹ軸出力のＺ軸依存性を小さく
することができる静電容量型の３軸加速度センサを提供
することができる。
サによれば、３軸方向の加速度を検出することができる
とともに、Ｘ軸出力及びＹ軸出力のＺ軸依存性を小さく
することができる静電容量型の３軸加速度センサを提供
することができる。
【００５８】また、外来ノイズが乗っていても、容量値
Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との差をとることにより、外来ノイ
ズをキャンセルすることができるので、従来の加速度セ
ンサよりも耐ノイズ性が良くなる。
Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との差をとることにより、外来ノイ
ズをキャンセルすることができるので、従来の加速度セ
ンサよりも耐ノイズ性が良くなる。
【００５９】また、容量値Ｃｚ+と容量値Ｃｚ-との温度
ドリフトはほぼ同じであるため、温度ドリフトがキャン
セルされ、温度特性が良くなる。さらに、加速度センサ
のＺ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加速
度センサに比較して略２倍の感度が得られる。
ドリフトはほぼ同じであるため、温度ドリフトがキャン
セルされ、温度特性が良くなる。さらに、加速度センサ
のＺ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加速
度センサに比較して略２倍の感度が得られる。
【００６０】なお、本発明は前述した実施の形態の３軸
加速度センサに限定されるものではない。実施の形態で
は、図２（ａ）に示すように、正方形状をなす可動電極
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを用いたが、可動電極
の形状は図２（ａ）に示すような形状に限定されること
なく、例えば、図９に示すように、三角形状をなす可動
電極２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを用いても良く、
基本的には、電極は点対称な電極形状であればよい。
加速度センサに限定されるものではない。実施の形態で
は、図２（ａ）に示すように、正方形状をなす可動電極
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを用いたが、可動電極
の形状は図２（ａ）に示すような形状に限定されること
なく、例えば、図９に示すように、三角形状をなす可動
電極２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを用いても良く、
基本的には、電極は点対称な電極形状であればよい。
【００６１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、加速度がＺ軸
方向に印加されると、慣性力によって、重錘体、台座、
及び可撓基板が可動し、例えば、第１可動電極及び第１
固定電極間の距離は、加速度が印加されていない初期状
態の距離よりも大きくなり、第２可動電極及び第２固定
電極間の距離は、前記初期状態の距離よりも小さくな
る。このとき、Ｚ軸方向に加速度が印加されたときの第
１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極
及び第２固定電極間の容量値との和は、初期状態におけ
る第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸
電極及び第２固定電極間の容量値との和と同じになる。
すなわち、第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と
第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和は、初
期状態とＺ軸方向に加速度が印加された状態とで、同じ
とみなせるので、このような状態でＸ軸に加速度が印加
されたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力
となる。また、Ｙ軸出力もＸ軸出力と同様にＺ軸の加速
度に依存しない出力となる。
方向に印加されると、慣性力によって、重錘体、台座、
及び可撓基板が可動し、例えば、第１可動電極及び第１
固定電極間の距離は、加速度が印加されていない初期状
態の距離よりも大きくなり、第２可動電極及び第２固定
電極間の距離は、前記初期状態の距離よりも小さくな
る。このとき、Ｚ軸方向に加速度が印加されたときの第
１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸電極
及び第２固定電極間の容量値との和は、初期状態におけ
る第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第２Ｘ軸
電極及び第２固定電極間の容量値との和と同じになる。
すなわち、第１Ｘ軸電極及び第１固定電極間の容量値と
第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量値との和は、初
期状態とＺ軸方向に加速度が印加された状態とで、同じ
とみなせるので、このような状態でＸ軸に加速度が印加
されたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力
となる。また、Ｙ軸出力もＸ軸出力と同様にＺ軸の加速
度に依存しない出力となる。
【００６２】請求項２の発明によれば、第１Ｚ軸電極を
挟んでＸ軸方向に沿って配置された一対の第１Ｘ軸電極
と第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向に沿って配置された一
対の第２Ｘ軸電極とを用いて、Ｘ軸方向の加速度を検出
でき、第１Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向に沿って配置され
た一対の第１Ｙ軸電極と第２Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向
に沿って配置された一対の第２Ｙ軸電極とを用いてＹ軸
方向の加速度を検出できる。
挟んでＸ軸方向に沿って配置された一対の第１Ｘ軸電極
と第２Ｚ軸電極を挟んでＸ軸方向に沿って配置された一
対の第２Ｘ軸電極とを用いて、Ｘ軸方向の加速度を検出
でき、第１Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向に沿って配置され
た一対の第１Ｙ軸電極と第２Ｚ軸電極を挟んでＹ軸方向
に沿って配置された一対の第２Ｙ軸電極とを用いてＹ軸
方向の加速度を検出できる。
【００６３】請求項３の発明によれば、一方の第１Ｘ軸
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極
に対向した一方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に
対向した他方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｘ軸に加速度が印加さ
れたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｘ軸電極
に対向した一方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｘ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｘ軸電極に
対向した他方の第２Ｘ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｘ軸に加速度が印加さ
れたときのＸ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
【００６４】請求項４の発明によれば、一方の第１Ｙ軸
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極
に対向した一方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に
対向した他方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｙ軸に加速度が印加さ
れたときのＹ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
電極及び第１固定電極間の容量値と一方の第１Ｙ軸電極
に対向した一方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との和を第１合計値として求め、他方の第１Ｙ軸電
極及び第１固定電極間の容量値と他方の第１Ｙ軸電極に
対向した他方の第２Ｙ軸電極及び第２固定電極間の容量
値との和を第２合計値として求め、第１合計値と第２合
計値との差による容量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速
度を検出することができるため、Ｙ軸に加速度が印加さ
れたときのＹ軸出力はＺ軸の加速度に依存しない出力と
なる。
【００６５】請求項５の発明によれば、加速度検出手段
は、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第１Ｚ
軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との差による容量変化に基づいて、Ｚ軸方向の加速
度を検出するので、それぞれの容量値に外来ノイズが重
畳されても外来ノイズがほぼ同等のノイズレベルであれ
ば、差分をとることで外来ノイズがキャンセルされるか
ら、従来の加速度センサよりも耐ノイズが良くなる。ま
た、Ｚ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加
速度センサの出力の約２倍の出力が得られる。さらに、
温度ドリフトがキャンセルされ、温度特性が良くなる。
は、第１Ｚ軸電極及び第１固定電極間の容量値と第１Ｚ
軸電極に対向した第２Ｚ軸電極及び第２固定電極間の容
量値との差による容量変化に基づいて、Ｚ軸方向の加速
度を検出するので、それぞれの容量値に外来ノイズが重
畳されても外来ノイズがほぼ同等のノイズレベルであれ
ば、差分をとることで外来ノイズがキャンセルされるか
ら、従来の加速度センサよりも耐ノイズが良くなる。ま
た、Ｚ軸出力は、差動出力となっているため、従来の加
速度センサの出力の約２倍の出力が得られる。さらに、
温度ドリフトがキャンセルされ、温度特性が良くなる。
【００６６】請求項６の発明によれば、容量電圧変換手
段は、容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電
圧に変換するので、各軸方向の加速度を各軸方向の電圧
値として検出することができる。
段は、容量変化を、対応する軸方向の加速度に応じた電
圧に変換するので、各軸方向の加速度を各軸方向の電圧
値として検出することができる。
【図１】本発明の３軸加速度センサの実施の形態の構成
図である。
図である。
【図２】可動電極及び固定電極の上面図である。
【図３】各軸方向の加速度の検出の説明図である。
【図４】Ｘ軸方向及びＺ軸方向に加速度が加わったとき
の加速度検出の説明図である。
の加速度検出の説明図である。
【図５】実施の形態の加速度検出回路を示す図である。
【図６】シフトレジスタから順次出力される各クロック
パルスを示す図である。
パルスを示す図である。
【図７】クロックパルスを合成する論理和回路を示す図
である。
である。
【図８】各クロックパルスとリセットパルスとの時系列
の関係を示すタイミングチャートである。
の関係を示すタイミングチャートである。
【図９】可動電極の他の構成例を示す図である。
【図１０】従来の３軸加速度センサの構成図である。
【図１１】従来の３軸加速度センサに設けられた可動電
極の上面図である。
極の上面図である。
【図１２】従来の３軸加速度センサに設けられた固定電
極の上面図である。
極の上面図である。
【図１３】従来の３軸加速度センサのＺ軸方向の加速度
の検出の説明図である。
の検出の説明図である。
【図１４】従来の３軸加速度センサのＸ軸及びＹ軸方向
の加速度の検出の説明図である。
の加速度の検出の説明図である。
１１ 重錘体 １３ 台座 １５ａ、１５ｂ 固定基板 １７ 可撓基板 １９，２３ 固定電極 ２０ａ〜２２，２４ａ〜２６ 可動電極 ３１ 差動増幅回路 ＳＷ１１〜ＳＷ１３ アナログスイッチ ３２１〜３２３ ローパスフィルター ＳＲ シフトレジスタ ＯＲ 論理和回路
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA07 CA03 CA06 CA11 EA02 EA13 GA03
Claims (6)
- 【請求項１】 印加される加速度により可動する重錘体
が取り付けられた台座と、 この台座に対向して配置された可撓基板と、 この可撓基板と前記台座とに挟まれて配置された固定基
板と、 この固定基板の一方の面に形成され且つＸ軸加速度検出
用の第１Ｘ軸電極，Ｙ軸加速度検出用の第１Ｙ軸電極及
びＺ軸加速度検出用の第１Ｚ軸電極からなる第１可動電
極と、 前記固定基板の他方の面に形成され且つ前記第１Ｘ軸電
極，第１Ｙ軸電極及び第１Ｚ軸電極に対向して配置され
た第２Ｘ軸電極，第２Ｙ軸電極及び第２Ｚ軸電極からな
る第２可動電極と、 前記台座の前記第１可動電極に対向する位置に形成され
た第１固定電極と、 前記可撓基板の前記第２可動電極に対向する位置に形成
された第２固定電極と、 前記第１可動電極及び前記第１固定電極間の容量値と前
記第２可動電極及び前記第２固定電極間の容量値とによ
る容量変化に基づいて、３軸方向の加速度を検出する加
速度検出手段と、を備えることを特徴とする３軸加速度
センサ。 - 【請求項２】 前記第１可動電極は、前記第１Ｚ軸電極
を挟んで前記Ｘ軸方向に沿って一対の前記第１Ｘ軸電極
が配置され、且つ前記第１Ｚ軸電極を挟んで前記Ｙ軸方
向に沿って一対の前記第１Ｙ軸電極が配置され、前記第
２可動電極は、前記第２Ｚ軸電極を挟んで前記Ｘ軸方向
に沿って一対の前記第２Ｘ軸電極が配置され、前記第２
Ｚ軸電極を挟んで前記Ｙ軸方向に沿って一対の前記第２
Ｙ軸電極が配置されることを特徴とする請求項１記載の
３軸加速度センサ。 - 【請求項３】 前記加速度検出手段は、一方の第１Ｘ軸
電極及び前記第１固定電極間の容量値と前記一方の第１
Ｘ軸電極に対向した一方の第２Ｘ軸電極及び前記第２固
定電極間の容量値との和を第１合計値として求め、他方
の第１Ｘ軸電極及び前記第１固定電極間の容量値と前記
他方の第１Ｘ軸電極に対向した他方の第２Ｘ軸電極及び
前記第２固定電極間の容量値との和を第２合計値として
求め、前記第１合計値と前記第２合計値との差による容
量変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速度を検出することを
特徴とする請求項２記載の３軸加速度センサ。 - 【請求項４】 前記加速度検出手段は、一方の第１Ｙ軸
電極及び前記第１固定電極間の容量値と前記一方の第１
Ｙ軸電極に対向した一方の第２Ｙ軸電極及び前記第２固
定電極間の容量値との和を第１合計値として求め、他方
の第１Ｙ軸電極及び前記第１固定電極間の容量値と前記
他方の第１Ｙ軸電極に対向した他方の第２Ｙ軸電極及び
前記第２固定電極間の容量値との和を第２合計値として
求め、前記第１合計値と前記第２合計値との差による容
量変化に基づいて、Ｙ軸方向の加速度を検出することを
特徴とする請求項２記載の３軸加速度センサ。 - 【請求項５】 前記加速度検出手段は、第１Ｚ軸電極及
び前記第１固定電極間の容量値と前記第１Ｚ軸電極に対
向した第２Ｚ軸電極及び前記第２固定電極間の容量値と
の差による容量変化に基づいて、Ｚ軸方向の加速度を検
出することを特徴とする請求項２記載の３軸加速度セン
サ。 - 【請求項６】 前記加速度検出手段は、前記容量変化
を、対応する軸方向の加速度に応じた電圧に変換する容
量電圧変換手段を有することを特徴とする請求項３乃至
請求項５のいずれか１項記載の３軸加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000115631A JP2001296311A (ja) | 2000-04-17 | 2000-04-17 | ３軸加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000115631A JP2001296311A (ja) | 2000-04-17 | 2000-04-17 | ３軸加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001296311A true JP2001296311A (ja) | 2001-10-26 |
Family
ID=18627230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000115631A Pending JP2001296311A (ja) | 2000-04-17 | 2000-04-17 | ３軸加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001296311A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248453A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Seiko Instruments Inc | 力学量センサ |
| JP2009500616A (ja) * | 2005-07-05 | 2009-01-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 力測定素子 |
| JP2014215194A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | ヤマハ株式会社 | センサーデバイス |
| WO2015145489A1 (ja) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Imv株式会社 | 加速度センサ、および加速度または振動検出方法 |
-
2000
- 2000-04-17 JP JP2000115631A patent/JP2001296311A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009500616A (ja) * | 2005-07-05 | 2009-01-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 力測定素子 |
| JP2007248453A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Seiko Instruments Inc | 力学量センサ |
| JP2014215194A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | ヤマハ株式会社 | センサーデバイス |
| WO2015145489A1 (ja) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Imv株式会社 | 加速度センサ、および加速度または振動検出方法 |
| JPWO2015145489A1 (ja) * | 2014-03-28 | 2017-04-13 | Imv株式会社 | 加速度センサ、および加速度または振動検出方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3262013B2 (ja) | 容量型センサインターフェース回路 | |
| US5986497A (en) | Interface circuit for capacitive sensor | |
| US8076948B2 (en) | Distance measurement with capacitive sensor | |
| US7795881B2 (en) | Capacitive physical quantity detection device | |
| EP0497289A1 (en) | A capacitive angular acceleration sensor | |
| US7456731B2 (en) | Capacitive-type physical quantity sensor | |
| JP6373786B2 (ja) | 容量検出型センサの信号検出方法、容量検出型センサ、およびシステム | |
| JP2000081449A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
| JP2003121457A (ja) | 容量式物理量センサ | |
| US6568275B2 (en) | Capacitive differential pressure sensor | |
| JP2000065664A (ja) | 静電容量式力学量センサ | |
| KR100453971B1 (ko) | 적분형 용량-전압 변환장치 | |
| Yeh et al. | A low-power monolithic three-axis accelerometer with automatically sensor offset compensated and interface circuit | |
| JP2002098712A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
| JP2001296311A (ja) | ３軸加速度センサ | |
| US20030098699A1 (en) | Sense interface system with velocity feed-through rejection | |
| JP4405189B2 (ja) | ３軸加速度センサ | |
| WO2015052926A1 (ja) | 加速度センサ | |
| EP0816805B1 (en) | Sensor circuit | |
| JP3426107B2 (ja) | 容量型センサのインターフェース回路 | |
| JP3804242B2 (ja) | 静電サーボ式物理量検出装置 | |
| JP2002031644A (ja) | ３軸加速度センサ及びそのｚ軸依存性の補正方法 | |
| JPH07243863A (ja) | 容量型センサ | |
| US20050160831A1 (en) | Micromechanical sensor having an analyzer circuit | |
| JP3124710B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060919 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070130 |