JP2002055115A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JP2002055115A JP2002055115A JP2000246141A JP2000246141A JP2002055115A JP 2002055115 A JP2002055115 A JP 2002055115A JP 2000246141 A JP2000246141 A JP 2000246141A JP 2000246141 A JP2000246141 A JP 2000246141A JP 2002055115 A JP2002055115 A JP 2002055115A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- displacement
- acceleration sensor
- diffraction grating
- acceleration
- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分解能を高くかつ測定可能範囲を広くし、し
かも温度などの影響を受けにくくする。 【解決手段】 ２つの固定部１に取付用穴２を設け、固
定部１にそれぞれ板バネ３を設け、２枚の平行な板バネ
３によりカンチレバーを構成し、２枚の板バネ３で錘４
の両端を支え、錘４の表面に回折格子が設けられた回折
格子板５を貼り付け、エンコーダにより回折格子板５に
レーザ光を照射して錘４の変位を測定する。
かも温度などの影響を受けにくくする。 【解決手段】 ２つの固定部１に取付用穴２を設け、固
定部１にそれぞれ板バネ３を設け、２枚の平行な板バネ
３によりカンチレバーを構成し、２枚の板バネ３で錘４
の両端を支え、錘４の表面に回折格子が設けられた回折
格子板５を貼り付け、エンコーダにより回折格子板５に
レーザ光を照射して錘４の変位を測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は先端に錘が設けられ
たカンチレバーと錘の変位を測定するセンサとから構成
された加速度センサに関するものである。
たカンチレバーと錘の変位を測定するセンサとから構成
された加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の加速度センサは大きく２つに分類
され、先端に錘が設けられたカンチレバーと錘の変位を
測定するセンサとから構成されるものと、錘を兼ねた梁
を共振状態近傍の周波数で振動させておき、その振動数
が外部による加速度によって変化するものとがある。そ
して、錘の変位を測定するセンサとしては、静電気の容
量を測定するものと、光ファイバからの透過光量が錘の
変位によって変化することを利用したものとがある。
され、先端に錘が設けられたカンチレバーと錘の変位を
測定するセンサとから構成されるものと、錘を兼ねた梁
を共振状態近傍の周波数で振動させておき、その振動数
が外部による加速度によって変化するものとがある。そ
して、錘の変位を測定するセンサとしては、静電気の容
量を測定するものと、光ファイバからの透過光量が錘の
変位によって変化することを利用したものとがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、錘の変位を測
定する加速度センサにおいては、錘の変位を測定するセ
ンサの分解能と測定可能範囲との間にトレードオフがあ
る。すなわち、分解能を高めると測定可能範囲が狭くな
り、反対に測定可能範囲を広めると分解能が低くなると
いう関係がある。たとえば、図９は錘の変位を測定する
センサの測定可能範囲と分解能とを示すグラフであり、
線ａは静電気の容量を測定するものの場合を示し、線ｂ
は光ファイバからの透過光量が錘の変位によって変化す
ることを利用したものの場合を示すが、このグラフから
明らかなように、分解能を高めると測定可能範囲が非常
に狭い。一方、測定可能範囲を図９の線ａ、ｂで示す値
よりも広くしようとすると、分解能が低くなる。したが
って、加速度センサとしても分解能と測定可能範囲との
間にトレードオフがある。また、錘の変位を測定するセ
ンサの測定値とくに静電気の容量を測定するものの測定
値は温度、湿度、静電気量、磁場などに大きく左右され
るから、加速度センサとしても温度などの影響を受けや
すい。
定する加速度センサにおいては、錘の変位を測定するセ
ンサの分解能と測定可能範囲との間にトレードオフがあ
る。すなわち、分解能を高めると測定可能範囲が狭くな
り、反対に測定可能範囲を広めると分解能が低くなると
いう関係がある。たとえば、図９は錘の変位を測定する
センサの測定可能範囲と分解能とを示すグラフであり、
線ａは静電気の容量を測定するものの場合を示し、線ｂ
は光ファイバからの透過光量が錘の変位によって変化す
ることを利用したものの場合を示すが、このグラフから
明らかなように、分解能を高めると測定可能範囲が非常
に狭い。一方、測定可能範囲を図９の線ａ、ｂで示す値
よりも広くしようとすると、分解能が低くなる。したが
って、加速度センサとしても分解能と測定可能範囲との
間にトレードオフがある。また、錘の変位を測定するセ
ンサの測定値とくに静電気の容量を測定するものの測定
値は温度、湿度、静電気量、磁場などに大きく左右され
るから、加速度センサとしても温度などの影響を受けや
すい。
【０００４】また、梁の振動数が外部による加速度によ
って変化する加速度センサにおいては、温度が変化する
と梁の長さ、厚さが変化し、また共振振動数が梁の長さ
の２乗、厚さの３乗に比例するから、温度が変化すると
共振振動数が変化するが、高分解能にするため共振振動
数を高くすると、わずかの温度変化で共振振動数が大き
く変化するので、温度の影響を受けやすい。
って変化する加速度センサにおいては、温度が変化する
と梁の長さ、厚さが変化し、また共振振動数が梁の長さ
の２乗、厚さの３乗に比例するから、温度が変化すると
共振振動数が変化するが、高分解能にするため共振振動
数を高くすると、わずかの温度変化で共振振動数が大き
く変化するので、温度の影響を受けやすい。
【０００５】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、分解能が高くかつ測定可能範囲が広く、し
かも温度などの影響を受けにくい加速度センサを提供す
ることを目的とする。
れたもので、分解能が高くかつ測定可能範囲が広く、し
かも温度などの影響を受けにくい加速度センサを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、先端に錘が設けられたカンチレ
バーと、上記錘に設けられた回折格子と、上記回折格子
にレーザ光を照射して上記錘の変位を測定するエンコー
ダとを設ける。
め、本発明においては、先端に錘が設けられたカンチレ
バーと、上記錘に設けられた回折格子と、上記回折格子
にレーザ光を照射して上記錘の変位を測定するエンコー
ダとを設ける。
【０００７】この場合、上記カンチレバーを２枚の平行
な板バネにより構成し、上記板バネで上記錘の両端を支
えるのがよい。
な板バネにより構成し、上記板バネで上記錘の両端を支
えるのがよい。
【０００８】これらの場合、上記カンチレバーはステン
レス鋼からなるのがよい。
レス鋼からなるのがよい。
【０００９】また、上記カンチレバーはシリコンからな
るのがよい。
るのがよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１(ａ)は本発明に係る加速度セ
ンサの一部すなわち変位部を示す平面図、図１(ｂ)は同
じく正断面図である。図に示すように、２つの固定部１
に取付用穴２が設けられ、固定部１にそれぞれ板バネ３
が設けられ、２枚の平行な板バネ３によりカンチレバー
が構成されている。また、２枚の板バネ３で錘４の両端
が支えられ、固定部１、板バネ３、錘４は一体であり、
ブロック状のステンレス鋼をバンドソー（band saw）に
より加工して作製されている。また、錘４の表面にピッ
チΛが３．２μｍの回折格子が設けられた回折格子板５
が貼り付られている。そして、この変位部の具体的寸
法、錘４の重量、カンチレバーのバネ定数を表１に示
す。
ンサの一部すなわち変位部を示す平面図、図１(ｂ)は同
じく正断面図である。図に示すように、２つの固定部１
に取付用穴２が設けられ、固定部１にそれぞれ板バネ３
が設けられ、２枚の平行な板バネ３によりカンチレバー
が構成されている。また、２枚の板バネ３で錘４の両端
が支えられ、固定部１、板バネ３、錘４は一体であり、
ブロック状のステンレス鋼をバンドソー（band saw）に
より加工して作製されている。また、錘４の表面にピッ
チΛが３．２μｍの回折格子が設けられた回折格子板５
が貼り付られている。そして、この変位部の具体的寸
法、錘４の重量、カンチレバーのバネ定数を表１に示
す。
【００１１】
【表１】 図２は図１に示した加速度センサの他の一部すなわちエ
ンコーダ（集積型変位センサ、マイクロエンコーダ）を
示す図である。図に示すように、表面寸法が２．３ｍｍ
×１．７ｍｍで厚さが０．３ｍｍのシリコンチップ１４
に半導体レーザダイオード１１が形成され、半導体レー
ザダイオード１１にフッ素化ポリイミドからなる導波路
１２ａ、１２ｂが接続され、導波路１２ｂには９０度位
相シフタ（図示せず）が形成されている。また、シリコ
ンチップ１４にフォトダイオード１３ａ、１３ｂが形成
され、導波路１２ａ、１２ｂの端部は回折格子板５と対
向しており、シリコンチップ１４の端面と回折格子板５
とのギャップは７００μｍ程度である。
ンコーダ（集積型変位センサ、マイクロエンコーダ）を
示す図である。図に示すように、表面寸法が２．３ｍｍ
×１．７ｍｍで厚さが０．３ｍｍのシリコンチップ１４
に半導体レーザダイオード１１が形成され、半導体レー
ザダイオード１１にフッ素化ポリイミドからなる導波路
１２ａ、１２ｂが接続され、導波路１２ｂには９０度位
相シフタ（図示せず）が形成されている。また、シリコ
ンチップ１４にフォトダイオード１３ａ、１３ｂが形成
され、導波路１２ａ、１２ｂの端部は回折格子板５と対
向しており、シリコンチップ１４の端面と回折格子板５
とのギャップは７００μｍ程度である。
【００１２】このエンコーダにおいては、半導体レーザ
ダイオード１１からのレーザ光は半導体レーザダイオー
ド１１の両端面から出射し、光導波路１２ａ、１２ｂを
伝搬し、回折格子板５の回折格子に入射され、２本のレ
ーザ光は回折格子板５の回折格子で回折される。この回
折された光のうち、一方のレーザ光の＋１次の回折光と
他方のレーザ光の−１次の回折光がそれぞれ互いに同方
向に（回折格子板５に垂直に）伝搬し、干渉してフォト
ダイオード１３ａ、１３ｂに到達する。
ダイオード１１からのレーザ光は半導体レーザダイオー
ド１１の両端面から出射し、光導波路１２ａ、１２ｂを
伝搬し、回折格子板５の回折格子に入射され、２本のレ
ーザ光は回折格子板５の回折格子で回折される。この回
折された光のうち、一方のレーザ光の＋１次の回折光と
他方のレーザ光の−１次の回折光がそれぞれ互いに同方
向に（回折格子板５に垂直に）伝搬し、干渉してフォト
ダイオード１３ａ、１３ｂに到達する。
【００１３】つぎに、図２に示したエンコーダで用いら
れている回折光干渉方式の変位測定原理について説明す
る。ピッチΛの回折格子に波長λの光を入射角ｉで入射
させると、入射角ｉと回折角θとの間の関係は次式で表
される。なお、次式においてｍは回折光の次数を示し、
ｍ＝０，±１，±２，±３，…である。
れている回折光干渉方式の変位測定原理について説明す
る。ピッチΛの回折格子に波長λの光を入射角ｉで入射
させると、入射角ｉと回折角θとの間の関係は次式で表
される。なお、次式においてｍは回折光の次数を示し、
ｍ＝０，±１，±２，±３，…である。
【００１４】 sinθ−sinｉ＝ｍλ／Λ （１） たとえば、回折格子のピッチΛが３．２μｍの場合は、
回折格子への入射角を約２８．９７°とすると、（１）
式から＋１次および−１次の回折光は回折格子に対して
垂直に回折され、フォトダイオード１３ａ、１３ｂの受
光面上において同じ光軸上で干渉させることができる。
また、回折格子がエンコーダに対して横方向すなわち図
２紙面左右方向に移動すると、これら＋および−の回折
光の位相が変化する。この回折光の位相変化は、回折格
子の横方向への変位をｄとすれば、この変位ｄに対して
＋１次の回折光の場合＋２πｄ／Λ、−１次回折光の場
合−２πｄ／Λだけ変化する。この±１次の回折光を同
軸上で干渉させると、変位ｄに対する干渉強度変化Ｉ
(ｄ)は次式のようになる。
回折格子への入射角を約２８．９７°とすると、（１）
式から＋１次および−１次の回折光は回折格子に対して
垂直に回折され、フォトダイオード１３ａ、１３ｂの受
光面上において同じ光軸上で干渉させることができる。
また、回折格子がエンコーダに対して横方向すなわち図
２紙面左右方向に移動すると、これら＋および−の回折
光の位相が変化する。この回折光の位相変化は、回折格
子の横方向への変位をｄとすれば、この変位ｄに対して
＋１次の回折光の場合＋２πｄ／Λ、−１次回折光の場
合−２πｄ／Λだけ変化する。この±１次の回折光を同
軸上で干渉させると、変位ｄに対する干渉強度変化Ｉ
(ｄ)は次式のようになる。
【００１５】 Ｉ(ｄ)＝２｛１＋cos(４πｄ／Λ)｝ （２） すなわち、±１次の回折光の干渉信号は回折格子が１周
期分（すなわちピッチΛ）移動すると、２個の正弦波干
渉信号が得られることになる。たとえば、ピッチΛが
３．２μｍの場合には、１．６μｍ周期の正弦波状に変
化する干渉信号が得られる。通常はさらにこの干渉信号
を電気的に等分割（内挿）して分解能を高めている。そ
して、たとえばバンドパスフィルタを使用して干渉信号
を電気的に４０分割したときには、分解能を２０ｎｍに
することができる。
期分（すなわちピッチΛ）移動すると、２個の正弦波干
渉信号が得られることになる。たとえば、ピッチΛが
３．２μｍの場合には、１．６μｍ周期の正弦波状に変
化する干渉信号が得られる。通常はさらにこの干渉信号
を電気的に等分割（内挿）して分解能を高めている。そ
して、たとえばバンドパスフィルタを使用して干渉信号
を電気的に４０分割したときには、分解能を２０ｎｍに
することができる。
【００１６】なお、エンコーダに関する文献としては、
「超小型ハイブリッドマイクロエンコーダ」（１９９８
年秋季第５９回応用物理学会講演会予稿集Ｎｏ．３，１
６ａ−ＺＣ−１，８７９頁）、「LONG-LIFE MICRO-LASE
R ENCODER」（Proceedings IEEE The Thirteenth Annua
l International Conference on MICRO ELECTRO MECHAN
ICAL SYSTEMS 2000, pp.491-495, Miyazaki, Japan, Ja
n. 23-27. 2000）、特開平３−２９１５２３号公報、特
開平８−２６１７９３号公報を挙げることができる。
「超小型ハイブリッドマイクロエンコーダ」（１９９８
年秋季第５９回応用物理学会講演会予稿集Ｎｏ．３，１
６ａ−ＺＣ−１，８７９頁）、「LONG-LIFE MICRO-LASE
R ENCODER」（Proceedings IEEE The Thirteenth Annua
l International Conference on MICRO ELECTRO MECHAN
ICAL SYSTEMS 2000, pp.491-495, Miyazaki, Japan, Ja
n. 23-27. 2000）、特開平３−２９１５２３号公報、特
開平８−２６１７９３号公報を挙げることができる。
【００１７】図１、図２に示した加速度センサにおいて
は、変位部に加速度が作用すると、錘４が加速度に応じ
てエンコーダに対して横方向に移動する。この場合、錘
４の移動量が小さければ、錘４は直線状に移動するとみ
なすことができる。そして、錘４の移動量は加速度に比
例するから、錘４の変位をエンコーダにより測定すれ
ば、加速度を検出することができる。
は、変位部に加速度が作用すると、錘４が加速度に応じ
てエンコーダに対して横方向に移動する。この場合、錘
４の移動量が小さければ、錘４は直線状に移動するとみ
なすことができる。そして、錘４の移動量は加速度に比
例するから、錘４の変位をエンコーダにより測定すれ
ば、加速度を検出することができる。
【００１８】すなわち、変位部に加速度が作用すると、
錘４が加速度に応じて変位し、フォトダイオード１３
ａ、１３ｂから図３(ａ)に示すような位相がほぼ９０°
異なった２つの正弦波信号Ｉａ、Ｉｂが出力される。こ
の２つの正弦波信号Ｉａ、Ｉｂの正弦波曲線をｘ−ｙ座
標の２軸座標に置き換えると、図３(ｂ)に示すように正
弦波１周期が１回転に対応するリサージュカーブを得る
ことができる。このリサージュカーブ１回転に相当する
信号が得られるのは、錘４の変位が回折格子板５の回折
格子のピッチΛ＝３．２μｍの半周期、すなわち１．６
μｍであるときである。したがって、リサージュカーブ
の回転数により錘４の変位を測定することができ、した
がって加速度を検出することができる。
錘４が加速度に応じて変位し、フォトダイオード１３
ａ、１３ｂから図３(ａ)に示すような位相がほぼ９０°
異なった２つの正弦波信号Ｉａ、Ｉｂが出力される。こ
の２つの正弦波信号Ｉａ、Ｉｂの正弦波曲線をｘ−ｙ座
標の２軸座標に置き換えると、図３(ｂ)に示すように正
弦波１周期が１回転に対応するリサージュカーブを得る
ことができる。このリサージュカーブ１回転に相当する
信号が得られるのは、錘４の変位が回折格子板５の回折
格子のピッチΛ＝３．２μｍの半周期、すなわち１．６
μｍであるときである。したがって、リサージュカーブ
の回転数により錘４の変位を測定することができ、した
がって加速度を検出することができる。
【００１９】図４はリサージュカーブの回転数と加速度
との関係を示すグラフであり、線ａは表１に示したタイ
プＡの変位部を用いた場合を示し、線ｂは表１に示した
タイプＢの変位部を用いた場合を示す。このグラフから
明らかなように、タイプＡの変位部とタイプＢの変位部
とはバネ係数が異なり、同じ加速度が作用したときの錘
４の変位が異なる。
との関係を示すグラフであり、線ａは表１に示したタイ
プＡの変位部を用いた場合を示し、線ｂは表１に示した
タイプＢの変位部を用いた場合を示す。このグラフから
明らかなように、タイプＡの変位部とタイプＢの変位部
とはバネ係数が異なり、同じ加速度が作用したときの錘
４の変位が異なる。
【００２０】このような加速度センサにおいては、錘４
の変位をエンコーダにより測定し、エンコーダによる変
位測定の分解能は高くかつ測定可能範囲は広く、しかも
温度などの影響を受けにくいから、加速度センサによる
加速度測定の分解能が高くかつ測定可能範囲が広く、し
かも温度などの影響を受けにくい。すなわち、従来の加
速度センサの錘の変位を測定するセンサの測定可能範囲
は数μｍ、せいぜい数十μｍであるのに対して、エンコ
ーダの測定可能範囲は基本的には回折格子板５に設けら
れた回折格子の長さに依存するものであるから、本発明
に係る加速度センサは原則としてエンコーダによっては
制限されない。しかし、錘４に大きな加速度が作用し、
錘４が大きく移動して、錘４が直線状に移動しなくなる
と、エンコーダによって錘４の変位を正確に検出するこ
とができないが、寸法ｌを大きくすることにより、錘４
が直線状に移動する範囲を大きくすることができる。し
たがって、図２に示したエンコーダにおいては、図９の
線ｃに示すように、分解能が高くかつ測定可能範囲が広
い。また、カンチレバーを２枚の平行な板バネ３により
構成し、板バネ３で錘４の両端を支えているから、錘４
がほぼ直線状に移動する範囲を広くすることができるの
で、加速度の測定可能範囲をより広くすることができ
る。また、カンチレバーはステンレス鋼からなるから、
容易に製作することができる。
の変位をエンコーダにより測定し、エンコーダによる変
位測定の分解能は高くかつ測定可能範囲は広く、しかも
温度などの影響を受けにくいから、加速度センサによる
加速度測定の分解能が高くかつ測定可能範囲が広く、し
かも温度などの影響を受けにくい。すなわち、従来の加
速度センサの錘の変位を測定するセンサの測定可能範囲
は数μｍ、せいぜい数十μｍであるのに対して、エンコ
ーダの測定可能範囲は基本的には回折格子板５に設けら
れた回折格子の長さに依存するものであるから、本発明
に係る加速度センサは原則としてエンコーダによっては
制限されない。しかし、錘４に大きな加速度が作用し、
錘４が大きく移動して、錘４が直線状に移動しなくなる
と、エンコーダによって錘４の変位を正確に検出するこ
とができないが、寸法ｌを大きくすることにより、錘４
が直線状に移動する範囲を大きくすることができる。し
たがって、図２に示したエンコーダにおいては、図９の
線ｃに示すように、分解能が高くかつ測定可能範囲が広
い。また、カンチレバーを２枚の平行な板バネ３により
構成し、板バネ３で錘４の両端を支えているから、錘４
がほぼ直線状に移動する範囲を広くすることができるの
で、加速度の測定可能範囲をより広くすることができ
る。また、カンチレバーはステンレス鋼からなるから、
容易に製作することができる。
【００２１】そして、図１、図２に示した加速度センサ
においては、リサージュカーブ１回転当たりの加速度は
変位部がタイプＡ、Ｂの場合それぞれ２．５ｍＧ（Ｇは
重力加速度、９．８０７ｍ／sec２、以下同じ）、０．
５１ｍＧである。また、上述の如く、バンドパスフィル
タを使用してエンコーダの分解能を２０ｎｍにすること
ができるから、加速度の分解能は変位部がタイプＡ、Ｂ
の場合それぞれ３μＧ、０．６μＧである。また、最大
検出可能加速度は変位部がタイプＡ、Ｂの場合それぞれ
３．４Ｇ、１Ｇである。
においては、リサージュカーブ１回転当たりの加速度は
変位部がタイプＡ、Ｂの場合それぞれ２．５ｍＧ（Ｇは
重力加速度、９．８０７ｍ／sec２、以下同じ）、０．
５１ｍＧである。また、上述の如く、バンドパスフィル
タを使用してエンコーダの分解能を２０ｎｍにすること
ができるから、加速度の分解能は変位部がタイプＡ、Ｂ
の場合それぞれ３μＧ、０．６μＧである。また、最大
検出可能加速度は変位部がタイプＡ、Ｂの場合それぞれ
３．４Ｇ、１Ｇである。
【００２２】また、図５は加速度センサの測定可能範囲
と分解能とを示すグラフであり、線ａはタイプＡの変位
部を用いかつバンドパスフィルタを用いない本発明の加
速度センサの場合を示し、線ｂはタイプＡの変位部を用
いかつバンドパスフィルタを用いた本発明の加速度セン
サの場合を示し、線ｃはタイプＢの変位部を用いかつバ
ンドパスフィルタを用いない本発明の加速度センサの場
合を示し、線ｄはタイプＢの変位部を用いかつバンドパ
スフィルタを用いた本発明の加速度センサの場合を示
し、線ｅは錘の変位を測定するセンサとして静電気の容
量を測定するものを用いた従来の加速度センサの場合を
示し、線ｆは錘の変位を測定するセンサとして光ファイ
バからの透過光量が錘の変位によって変化することを利
用したものを用いた従来の加速度センサの場合を示す。
このグラフから明らかなように、本発明の加速度センサ
は従来の加速度センサと比較して分解能が高くかつ測定
可能範囲が広いことが明らかである。
と分解能とを示すグラフであり、線ａはタイプＡの変位
部を用いかつバンドパスフィルタを用いない本発明の加
速度センサの場合を示し、線ｂはタイプＡの変位部を用
いかつバンドパスフィルタを用いた本発明の加速度セン
サの場合を示し、線ｃはタイプＢの変位部を用いかつバ
ンドパスフィルタを用いない本発明の加速度センサの場
合を示し、線ｄはタイプＢの変位部を用いかつバンドパ
スフィルタを用いた本発明の加速度センサの場合を示
し、線ｅは錘の変位を測定するセンサとして静電気の容
量を測定するものを用いた従来の加速度センサの場合を
示し、線ｆは錘の変位を測定するセンサとして光ファイ
バからの透過光量が錘の変位によって変化することを利
用したものを用いた従来の加速度センサの場合を示す。
このグラフから明らかなように、本発明の加速度センサ
は従来の加速度センサと比較して分解能が高くかつ測定
可能範囲が広いことが明らかである。
【００２３】図６は本発明に係る他の加速度センサの変
位部を示す図である。図に示すように、１つの固定部２
１に取付用穴２２が設けられ、固定部２１に板バネ２３
が設けられ、板バネ２３によりカンチレバーが構成され
ている。また、板バネ２３で錘２４の中央部が支えら
れ、固定部２１、板バネ２３、錘２４は一体であり、ブ
ロック状のステンレス鋼をバンドソーにより加工して作
製されている。また、錘２４に表面にピッチΛが３．２
μｍの回折格子が設けられた回折格子板２５が貼り付ら
れている。
位部を示す図である。図に示すように、１つの固定部２
１に取付用穴２２が設けられ、固定部２１に板バネ２３
が設けられ、板バネ２３によりカンチレバーが構成され
ている。また、板バネ２３で錘２４の中央部が支えら
れ、固定部２１、板バネ２３、錘２４は一体であり、ブ
ロック状のステンレス鋼をバンドソーにより加工して作
製されている。また、錘２４に表面にピッチΛが３．２
μｍの回折格子が設けられた回折格子板２５が貼り付ら
れている。
【００２４】図７は本発明に係る他の加速度センサの変
位部を示す図である。図に示すように、１つの固定部３
１に取付用穴３２が設けられ、固定部３１に板バネ３３
が設けられ、板バネ３３によりカンチレバーが構成され
ている。また、板バネ３３で錘３４の一方端部が支えら
れ、固定部３１、板バネ３３、錘３４は一体であり、ブ
ロック状のステンレス鋼をバンドソーにより加工して作
製されている。また、錘３４に表面にピッチΛが３．２
μｍの回折格子が設けられた回折格子板３５が貼り付ら
れている。
位部を示す図である。図に示すように、１つの固定部３
１に取付用穴３２が設けられ、固定部３１に板バネ３３
が設けられ、板バネ３３によりカンチレバーが構成され
ている。また、板バネ３３で錘３４の一方端部が支えら
れ、固定部３１、板バネ３３、錘３４は一体であり、ブ
ロック状のステンレス鋼をバンドソーにより加工して作
製されている。また、錘３４に表面にピッチΛが３．２
μｍの回折格子が設けられた回折格子板３５が貼り付ら
れている。
【００２５】図８は本発明に係る他の加速度センサの変
位部を示す図である。図に示すように、基部４１に２枚
の平行な板バネ４２が設けられ、２枚の平行な板バネ４
２によりカンチレバーが構成されている。また、２枚の
板バネ４２で錘４３の両端が支えられ、固定部４１、板
バネ４２、錘４３は一体であり、シリコンを反応ガスと
してＳＦ６を用いかつ添加ガスとしてＯ２を用いたイオ
ン誘導プラズマ（ＩＣＰ）によるリアクティブイオンエ
ッチング（ＲＩＥ）により加工して作製されている。ま
た、錘４３の表面にピッチΛが３．２μｍの回折格子４
４が直接形成されている。
位部を示す図である。図に示すように、基部４１に２枚
の平行な板バネ４２が設けられ、２枚の平行な板バネ４
２によりカンチレバーが構成されている。また、２枚の
板バネ４２で錘４３の両端が支えられ、固定部４１、板
バネ４２、錘４３は一体であり、シリコンを反応ガスと
してＳＦ６を用いかつ添加ガスとしてＯ２を用いたイオ
ン誘導プラズマ（ＩＣＰ）によるリアクティブイオンエ
ッチング（ＲＩＥ）により加工して作製されている。ま
た、錘４３の表面にピッチΛが３．２μｍの回折格子４
４が直接形成されている。
【００２６】この変位部を有する加速度センサにおいて
は、変位部をフォトリソグラフィ技術により作製するこ
とができるから、多数個の品質の均一な変位部を一度に
作製することができる。また、シリコンはステンレス鋼
と比較して弾性定数が大きいから、同じ寸法、形状では
ステンレス鋼からなる変位部と比較してはるかに共振周
波数が高くなり、応答速度が高い。さらに、板バネ４２
の幅寸法を容易に細くすることができるから、分解能を
高めることが容易である。
は、変位部をフォトリソグラフィ技術により作製するこ
とができるから、多数個の品質の均一な変位部を一度に
作製することができる。また、シリコンはステンレス鋼
と比較して弾性定数が大きいから、同じ寸法、形状では
ステンレス鋼からなる変位部と比較してはるかに共振周
波数が高くなり、応答速度が高い。さらに、板バネ４２
の幅寸法を容易に細くすることができるから、分解能を
高めることが容易である。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る加速度センサにおいては、
錘の変位をエンコーダにより測定するから、分解能が高
くかつ測定可能範囲が広く、しかも温度などの影響を受
けにくい。
錘の変位をエンコーダにより測定するから、分解能が高
くかつ測定可能範囲が広く、しかも温度などの影響を受
けにくい。
【００２８】また、カンチレバーを２枚の平行な板バネ
により構成し、板バネで錘の両端を支えたときには、錘
がほぼ直線状に移動する範囲を広くすることができるか
ら、測定可能範囲をより広くすることができる。
により構成し、板バネで錘の両端を支えたときには、錘
がほぼ直線状に移動する範囲を広くすることができるか
ら、測定可能範囲をより広くすることができる。
【００２９】また、カンチレバーがステンレス鋼からな
るときには、容易に製作することができる。
るときには、容易に製作することができる。
【００３０】また、カンチレバーがシリコンからなると
きには、フォトリソグラフィ技術により作製することが
できるから、多数個の品質の均一な変位部を一度に作製
することができ、また板バネの幅寸法を容易に細くする
ことができるから、分解能を高めることが容易である。
きには、フォトリソグラフィ技術により作製することが
できるから、多数個の品質の均一な変位部を一度に作製
することができ、また板バネの幅寸法を容易に細くする
ことができるから、分解能を高めることが容易である。
【図１】本発明に係る加速度センサの変位部を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１に示した加速度センサのエンコーダを示す
図である。
図である。
【図３】図１、図２に示した加速度センサの動作説明図
である。
である。
【図４】リサージュカーブの回転数と加速度との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】加速度センサの測定可能範囲と分解能とを示す
グラフである。
グラフである。
【図６】本発明に係る他の加速度センサの変位部を示す
図である。
図である。
【図７】本発明に係る他の加速度センサの変位部を示す
図である。
図である。
【図８】本発明に係る他の加速度センサの変位部を示す
図である。
図である。
【図９】錘の変位を測定するセンサの測定可能範囲と分
解能とを示すグラフである。
解能とを示すグラフである。
３…板バネ ４…錘 ５…回折格子板 １１…半導体レーザダイオード １２ａ…導波路 １２ｂ…導波路 １３ａ…フォトダイオード １３ｂ…フォトダイオード ２３…板バネ ２４…錘 ２５…回折格子板 ３３…板バネ ３４…錘 ３５…回折格子板 ４２…板バネ ４３…錘 ４４…回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA09 AA65 DD03 DD11 FF15 FF48 GG06 HH12 HH14 JJ01 JJ05 JJ18 LL01 LL42 PP01 2F103 CA08 DA12 EA01 EA15 EA23 EB02 EB12 EB27 EB32 GA02
Claims (4)
- 【請求項１】先端に錘が設けられたカンチレバーと、上
記錘に設けられた回折格子と、上記回折格子にレーザ光
を照射して上記錘の変位を測定するエンコーダとを具備
したことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項２】上記カンチレバを２枚の平行な板バネによ
り構成し、上記板バネで上記錘の両端を支えたことを特
徴とする請求項１に記載の加速度センサ。 - 【請求項３】上記カンチレバーはステンレス鋼からなる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の加速度セン
サ。 - 【請求項４】上記カンチレバーはシリコンからなること
を特徴とする請求項１または２に記載の加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246141A JP2002055115A (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246141A JP2002055115A (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002055115A true JP2002055115A (ja) | 2002-02-20 |
Family
ID=18736516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000246141A Pending JP2002055115A (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002055115A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004109299A2 (en) * | 2003-06-03 | 2004-12-16 | Cherry Corporation | Accelerometer |
| JP2008190943A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Kazuto Sedo | 絶対変位・速度計測用センサ |
| CN108303566A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-07-20 | 南京邮电大学 | 基于光栅衍射的加速度传感器 |
| CN111879970A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-03 | 防灾科技学院 | 基于应变啁啾效应的温度不敏感fbg加速度传感器及方法 |
-
2000
- 2000-08-15 JP JP2000246141A patent/JP2002055115A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004109299A2 (en) * | 2003-06-03 | 2004-12-16 | Cherry Corporation | Accelerometer |
| WO2004109299A3 (en) * | 2003-06-03 | 2005-03-10 | Cherry Corp | Accelerometer |
| JP2008190943A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Kazuto Sedo | 絶対変位・速度計測用センサ |
| CN108303566A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-07-20 | 南京邮电大学 | 基于光栅衍射的加速度传感器 |
| CN108303566B (zh) * | 2018-03-30 | 2024-04-12 | 南京邮电大学 | 基于光栅衍射的加速度传感器 |
| CN111879970A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-03 | 防灾科技学院 | 基于应变啁啾效应的温度不敏感fbg加速度传感器及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101960252B (zh) | 采用导模谐振的角传感器、系统 | |
| US6359691B2 (en) | Device for measuring translation, rotation or velocity via light beam interference | |
| JP5046780B2 (ja) | 光エンコーダ | |
| EP1521060B1 (en) | Fiber coupled Interferometric displacement sensor | |
| US10670622B2 (en) | Displacement sensor device and system | |
| WO2014071806A1 (zh) | 一种双频光栅干涉仪位移测量系统 | |
| WO2014071807A1 (zh) | 一种外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| US20020163648A1 (en) | Microinterferometer for distance measurements | |
| WO2002079720A1 (en) | Microinterferometer for distance measurements | |
| Jourlin et al. | Compact diffractive interferometric displacement sensor in reflection | |
| US6473187B1 (en) | High-sensitivity interferometric accelerometer | |
| JP2004333470A (ja) | 光ファイバ受信器チャネルを使用した２次元測定装置 | |
| CN110360931A (zh) | 一种对称式紧凑型外差干涉光栅位移测量系统 | |
| Williams et al. | Optically read displacement detection using phase-modulated diffraction gratings with reduced zeroth-order reflections | |
| Higurashi et al. | Micro-encoder based on higher-order diffracted light interference | |
| JP2002055115A (ja) | 加速度センサ | |
| US11946782B2 (en) | Optical position-measuring device for suppressing disturbing higher diffraction orders | |
| JP2004205381A (ja) | 微小荷重測定装置 | |
| JP2001336953A (ja) | エンコーダおよびその製造方法 | |
| RU2613043C1 (ru) | Лазерный гироскоп с компенсацией составляющей, вносимой виброподставкой | |
| Choi et al. | A micro-displacement encoder using a thin-film resonant photodetector with directional sensitivity | |
| RU1780020C (ru) | Акселерометр | |
| JP2023552858A (ja) | 光学変位センサ | |
| JP2006030115A (ja) | リニアエンコーダ | |
| Jourlin et al. | High precision and non obtrusive displacement measurement sensor for intelligent robots and systems |