JP2003279429A - 光学式圧力センサ - Google Patents
光学式圧力センサInfo
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- JP2003279429A JP2003279429A JP2002080932A JP2002080932A JP2003279429A JP 2003279429 A JP2003279429 A JP 2003279429A JP 2002080932 A JP2002080932 A JP 2002080932A JP 2002080932 A JP2002080932 A JP 2002080932A JP 2003279429 A JP2003279429 A JP 2003279429A
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- diaphragm
- pressure sensor
- optical pressure
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- substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大気との相対圧も検知可能であり、検知でき
る圧力の幅が広く、加工が容易で且つ劣化しにくい光学
式圧力センサを提供する。 【解決手段】 基板３の中間部を薄膜化して形成された
ダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の中央上面に載置さ
れた反射ミラー６と、ダイヤフラム２の上側に開口可能
に空間を形成する上容器４と、反射ミラー６に光線を照
射する光源８と、反射ミラー６から反射された光線を受
光する反射光強度計素子９と、ダイヤフラム２の下方に
流体導入空間を形成する下容器５とを備える。
る圧力の幅が広く、加工が容易で且つ劣化しにくい光学
式圧力センサを提供する。 【解決手段】 基板３の中間部を薄膜化して形成された
ダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の中央上面に載置さ
れた反射ミラー６と、ダイヤフラム２の上側に開口可能
に空間を形成する上容器４と、反射ミラー６に光線を照
射する光源８と、反射ミラー６から反射された光線を受
光する反射光強度計素子９と、ダイヤフラム２の下方に
流体導入空間を形成する下容器５とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式圧力センサに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学式圧力センサとしては、特開
平９−２４３４８９号公報に開示されたものが知られて
いる。この光学式圧力センサは、光源と受光素子との間
の光路途中に、光源から照射された光を垂直成分と水平
成分とに分離する偏光分離膜と、偏光分離膜で反射した
光を反射させて受光素子に導く反射膜と、反射膜と偏光
分離膜との間に配置する４分の１波長板とを有する構成
であり、光の位相差で圧力を検知している。
平９−２４３４８９号公報に開示されたものが知られて
いる。この光学式圧力センサは、光源と受光素子との間
の光路途中に、光源から照射された光を垂直成分と水平
成分とに分離する偏光分離膜と、偏光分離膜で反射した
光を反射させて受光素子に導く反射膜と、反射膜と偏光
分離膜との間に配置する４分の１波長板とを有する構成
であり、光の位相差で圧力を検知している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た光学式圧力センサでは、位相差の変化がかなり小さい
ため、検知できる圧力の幅が狭いものであった。また、
光学系としてプリズムを用いるため、構造が複雑となる
問題点があった。さらに、反射膜が樹脂製の弾性体で形
成されるため、流体によって劣化され易いという問題点
があった。また、偏光分離膜と反射膜との間の空間が密
閉空間であったため、大気との相対圧を検知することが
不可能であった。
た光学式圧力センサでは、位相差の変化がかなり小さい
ため、検知できる圧力の幅が狭いものであった。また、
光学系としてプリズムを用いるため、構造が複雑となる
問題点があった。さらに、反射膜が樹脂製の弾性体で形
成されるため、流体によって劣化され易いという問題点
があった。また、偏光分離膜と反射膜との間の空間が密
閉空間であったため、大気との相対圧を検知することが
不可能であった。
【０００４】この発明の目的は、大気との相対圧も検知
可能であり、検知できる圧力の幅が広く、加工が容易で
且つ劣化しにくい光学式圧力センサを提供することにあ
る。
可能であり、検知できる圧力の幅が広く、加工が容易で
且つ劣化しにくい光学式圧力センサを提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板の中間部を薄膜化して形成されたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの中央上面に載置されたミラーと、前
記ダイヤフラムの上側に開口可能に空間を形成する上容
器と、前記ミラーに光線を照射する光源と、前記ミラー
から反射された光線を受光する反射光強度計素子と、前
記ダイヤフラムの下方に流体導入空間を形成する下容器
と、備えることを特徴とする。
基板の中間部を薄膜化して形成されたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの中央上面に載置されたミラーと、前
記ダイヤフラムの上側に開口可能に空間を形成する上容
器と、前記ミラーに光線を照射する光源と、前記ミラー
から反射された光線を受光する反射光強度計素子と、前
記ダイヤフラムの下方に流体導入空間を形成する下容器
と、備えることを特徴とする。
【０００６】このような構成の請求項１記載の発明で
は、基板の中間部を薄膜化してダイヤフラムが形成され
ているため、ダイヤフラムと基板との境界から流体が浸
入することを防止できる。また、ダイヤフラムの上側の
容器が開口可能であるため、ダイヤフラムの下側の圧力
と、ダイヤフラムの上側の大気との相対圧を検知するこ
とができる。さらに、ミラーから反射される光線を受光
する構成であるため、光の角度による強度変化の変化率
が大きく、圧力変化を検出し易い。
は、基板の中間部を薄膜化してダイヤフラムが形成され
ているため、ダイヤフラムと基板との境界から流体が浸
入することを防止できる。また、ダイヤフラムの上側の
容器が開口可能であるため、ダイヤフラムの下側の圧力
と、ダイヤフラムの上側の大気との相対圧を検知するこ
とができる。さらに、ミラーから反射される光線を受光
する構成であるため、光の角度による強度変化の変化率
が大きく、圧力変化を検出し易い。
【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の光学式圧力センサであって、前記基板の下面には、
前記ダイヤフラムを底板とする凹部が形成され、前記凹
部が圧力導入空間の一部を形成し、前記ダイヤフラムの
上側に、前記光源と前記反射光強度計素子とが配置され
ることを特徴とする。
載の光学式圧力センサであって、前記基板の下面には、
前記ダイヤフラムを底板とする凹部が形成され、前記凹
部が圧力導入空間の一部を形成し、前記ダイヤフラムの
上側に、前記光源と前記反射光強度計素子とが配置され
ることを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、基板の下面に凹部
が形成され、この凹部の底板がダイヤフラムとなる。こ
のため、基板を加工することにより、一体的にダイヤフ
ラムを容易に形成することができる。
が形成され、この凹部の底板がダイヤフラムとなる。こ
のため、基板を加工することにより、一体的にダイヤフ
ラムを容易に形成することができる。
【０００９】さらに、請求項３記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載された光学式圧力センサであっ
て、前記基板はシリコンウエハでなり、前記ダイヤフラ
ムは前記基板をエッチングすることにより形成されたも
のであることを特徴とする。
または請求項２に記載された光学式圧力センサであっ
て、前記基板はシリコンウエハでなり、前記ダイヤフラ
ムは前記基板をエッチングすることにより形成されたも
のであることを特徴とする。
【００１０】したがって、請求項３記載の発明は、請求
項１および請求項２に記載された発明の作用に加えて、
シリコンウエハに対して、例えばフォトリソグラフィー
技術やエッチング技術を用いることで、容易且つ正確に
所定厚さ寸法のダイヤフラムを形成することができる。
項１および請求項２に記載された発明の作用に加えて、
シリコンウエハに対して、例えばフォトリソグラフィー
技術やエッチング技術を用いることで、容易且つ正確に
所定厚さ寸法のダイヤフラムを形成することができる。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載された光学式圧力センサで
あって、前記ミラーは、前記ダイヤフラム上に配置され
た支持材の端面が鏡面加工して形成されたものであるこ
とを特徴とする。
至請求項３のいずれかに記載された光学式圧力センサで
あって、前記ミラーは、前記ダイヤフラム上に配置され
た支持材の端面が鏡面加工して形成されたものであるこ
とを特徴とする。
【００１２】したがって、請求項４記載の発明では、請
求項１〜請求項３に記載された発明の作用に加えて、ミ
ラーを別途容易する必要がなく、支持材を研磨して鏡面
加工すればよいため、加工を容易にすることができる。
求項１〜請求項３に記載された発明の作用に加えて、ミ
ラーを別途容易する必要がなく、支持材を研磨して鏡面
加工すればよいため、加工を容易にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光学式圧力セ
ンサの詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明す
る。図１は本実施の形態に係る光学式圧力センサの全体
を示す断面説明図、図２は基板を示す斜視図である。
ンサの詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明す
る。図１は本実施の形態に係る光学式圧力センサの全体
を示す断面説明図、図２は基板を示す斜視図である。
【００１４】図１に示すように、本実施の形態に係る光
学式圧力センサ１は、薄膜化されてダイヤフラム２が形
成された、シリコンウエハを用いて形成された基板３
と、ダイヤフラム２の上側に開口可能に空間を形成する
上容器４と、ダイヤフラム２の下方に圧力検知が行われ
る流体を導入するための流体導入空間を形成する下容器
５と、ダイヤフラム２の中央に配置される反射ミラー６
と、この反射ミラー６が端面に形成されたミラー支え７
と、反射ミラー６に光線を照射する光源８と、反射ミラ
ー６からの反射光が入射され、反射光の光強度を計測す
る反射光強度計素子９と、反射光強度計素子９に接続さ
れた反射光強度測定回路１０と、反射光強度測定回路１
０に接続された圧力測定回路１１と、を備えて大略構成
されている。
学式圧力センサ１は、薄膜化されてダイヤフラム２が形
成された、シリコンウエハを用いて形成された基板３
と、ダイヤフラム２の上側に開口可能に空間を形成する
上容器４と、ダイヤフラム２の下方に圧力検知が行われ
る流体を導入するための流体導入空間を形成する下容器
５と、ダイヤフラム２の中央に配置される反射ミラー６
と、この反射ミラー６が端面に形成されたミラー支え７
と、反射ミラー６に光線を照射する光源８と、反射ミラ
ー６からの反射光が入射され、反射光の光強度を計測す
る反射光強度計素子９と、反射光強度計素子９に接続さ
れた反射光強度測定回路１０と、反射光強度測定回路１
０に接続された圧力測定回路１１と、を備えて大略構成
されている。
【００１５】基板３は、上記したようにシリコンウエハ
を用いて形成されたものであり、具体的には、例えば円
形状に切断されたシリコンウエハでなる基板の下面中央
に所定深さの凹部３Ａが例えばウェットエッチングによ
り加工、形成されている。そして、この凹部３Ａの底板
が所定厚さ寸法のダイヤフラム２となっている。
を用いて形成されたものであり、具体的には、例えば円
形状に切断されたシリコンウエハでなる基板の下面中央
に所定深さの凹部３Ａが例えばウェットエッチングによ
り加工、形成されている。そして、この凹部３Ａの底板
が所定厚さ寸法のダイヤフラム２となっている。
【００１６】また、このダイヤフラム２の中央には、図
１および図２に示すように、端面が位置するように、ミ
ラー支え７が配置されている。このミラー支え７は、例
えばシリコンでなる支持材であり、ダイヤフラム２の中
央に位置する端面は、図１に示すように、斜面をなすよ
うに形成されるとともに、その斜面に鏡面加工が施され
て反射ミラー６となっている。
１および図２に示すように、端面が位置するように、ミ
ラー支え７が配置されている。このミラー支え７は、例
えばシリコンでなる支持材であり、ダイヤフラム２の中
央に位置する端面は、図１に示すように、斜面をなすよ
うに形成されるとともに、その斜面に鏡面加工が施され
て反射ミラー６となっている。
【００１７】さらに、光源８は、反射ミラー６の上方に
配置されている。また、反射光強度計素子９は、光源８
と反射ミラー６とを結ぶ線に対して所定角度をなす位置
に配置されている。
配置されている。また、反射光強度計素子９は、光源８
と反射ミラー６とを結ぶ線に対して所定角度をなす位置
に配置されている。
【００１８】上容器４は、ダイヤフラム２の上方の空間
を覆うものであり、適宜開閉可能な開口部４Ａが設けら
れている。なお、本実施の形態では、上容器４に光源
８、ミラー支え７、反射光強度計素子９などを取り付け
た構造となっている。また、下容器５は、圧力が検出さ
れる流体が導入される流体導入口５Ａが設けられてい
る。
を覆うものであり、適宜開閉可能な開口部４Ａが設けら
れている。なお、本実施の形態では、上容器４に光源
８、ミラー支え７、反射光強度計素子９などを取り付け
た構造となっている。また、下容器５は、圧力が検出さ
れる流体が導入される流体導入口５Ａが設けられてい
る。
【００１９】なお、ダイヤフラム２の形状は、円形の
他、矩形、楕円形など、圧力によって撓みを発生させる
形状であればよい。
他、矩形、楕円形など、圧力によって撓みを発生させる
形状であればよい。
【００２０】このような構成の光学式圧力センサ１で
は、流体導入口５Ａから流体を導入して下容器５内の空
間に流体を満たしダイヤフラム２の下面に流体を接触さ
せる。流体の圧力に応じてダイヤフラム２が撓んだ後、
光源８から光線が反射ミラー６へ向けて照射る。そし
て、反射ミラー６で反射された反射光は、図１に示すよ
うに、ダイヤフラム２の撓みの状態に応じて反射光強度
計素子９に角度を変えて入射する。このように反射光強
度計素子９に入射する反射光の角度が変わると、反射光
強度計素子９で測定される光強度が変化（基準光強度と
の差が変化）し、この反射光強度計素子９の出力信号に
基づいて反射光強度測定回路１０で反射光の強度が算出
される。圧力測定回路１１では、反射光強度測定回路１
０から出力信号に応じて、ダイヤフラム２を撓ませてい
る流体圧力を算出する。
は、流体導入口５Ａから流体を導入して下容器５内の空
間に流体を満たしダイヤフラム２の下面に流体を接触さ
せる。流体の圧力に応じてダイヤフラム２が撓んだ後、
光源８から光線が反射ミラー６へ向けて照射る。そし
て、反射ミラー６で反射された反射光は、図１に示すよ
うに、ダイヤフラム２の撓みの状態に応じて反射光強度
計素子９に角度を変えて入射する。このように反射光強
度計素子９に入射する反射光の角度が変わると、反射光
強度計素子９で測定される光強度が変化（基準光強度と
の差が変化）し、この反射光強度計素子９の出力信号に
基づいて反射光強度測定回路１０で反射光の強度が算出
される。圧力測定回路１１では、反射光強度測定回路１
０から出力信号に応じて、ダイヤフラム２を撓ませてい
る流体圧力を算出する。
【００２１】また、上容器４の開口部４Ａを開口状態に
しておくことにより、上容器４内の空間は、大気に解放
された状態となり、微差圧を検知することも可能とな
る。
しておくことにより、上容器４内の空間は、大気に解放
された状態となり、微差圧を検知することも可能とな
る。
【００２２】このような本実施の形態に係る光学式圧力
センサ１では、光源８、反射ミラー６、反射光強度素子
９の数は、それぞれ１つであればよく、センサ全体が大
型化することを抑制できる。また、光の角度に伴って変
化する光強度を検知することにより圧力を算出するた
め、圧力を感度よく検知することが可能となる。
センサ１では、光源８、反射ミラー６、反射光強度素子
９の数は、それぞれ１つであればよく、センサ全体が大
型化することを抑制できる。また、光の角度に伴って変
化する光強度を検知することにより圧力を算出するた
め、圧力を感度よく検知することが可能となる。
【００２３】以上、本実施の形態について説明したが、
上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面は
この発明を限定するものであると理解するべきではな
い。この開示から当業者には様々な代替実施の形態およ
び運用技術が明らかとなろう。
上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面は
この発明を限定するものであると理解するべきではな
い。この開示から当業者には様々な代替実施の形態およ
び運用技術が明らかとなろう。
【００２４】例えば、上記した実施の形態では、基板３
をシリコンウエハを利用して形成したが、他の材料を用
いても勿論よい。なお、このような材料としては、エッ
チング技術を適用できる無機材料が、加工性および耐久
性の点で好ましい。
をシリコンウエハを利用して形成したが、他の材料を用
いても勿論よい。なお、このような材料としては、エッ
チング技術を適用できる無機材料が、加工性および耐久
性の点で好ましい。
【００２５】なお、上記した実施の形態では、エッチン
グとしてウェットエッチングを施したが、ドライエッチ
ング技術や、イオンミリング技術などを用いることも可
能である。
グとしてウェットエッチングを施したが、ドライエッチ
ング技術や、イオンミリング技術などを用いることも可
能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、基板の中間部を薄膜化してダイヤフラムが一体
に形成されているため、ダイヤフラムと基板との境界か
ら流体が浸入することを防止できる。また、反射ミラー
から反射される光線を受光する構成であるため、光の角
度による強度変化の変化率が大きく、圧力を感度よく検
知することができる。
よれば、基板の中間部を薄膜化してダイヤフラムが一体
に形成されているため、ダイヤフラムと基板との境界か
ら流体が浸入することを防止できる。また、反射ミラー
から反射される光線を受光する構成であるため、光の角
度による強度変化の変化率が大きく、圧力を感度よく検
知することができる。
【００２７】請求項２記載の発明によれば、基板を加工
することにより、一体的にダイヤフラムを容易に形成す
ることができる。
することにより、一体的にダイヤフラムを容易に形成す
ることができる。
【００２８】請求項３記載の発明によれば、シリコンウ
エハに対して、例えばフォトリソグラフィー技術やエッ
チング技術を用いることで、容易且つ正確に所定厚さ寸
法のダイヤフラムを形成することができる。
エハに対して、例えばフォトリソグラフィー技術やエッ
チング技術を用いることで、容易且つ正確に所定厚さ寸
法のダイヤフラムを形成することができる。
【００２９】請求項４記載の発明によれば、ミラーを別
途容易する必要がなく、支持材を研磨して鏡面加工すれ
ばよいため、加工を容易にすることができる。
途容易する必要がなく、支持材を研磨して鏡面加工すれ
ばよいため、加工を容易にすることができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る光学式圧力センサの
全体を示す断面説明図である。
全体を示す断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学式圧力センサの
基板を示す斜視図である。
基板を示す斜視図である。
１ 光学式圧力センサ
２ ダイヤフラム
３ 基板
４ 上容器
５ 下容器
６ 反射ミラー
８ 光源
９ 反射光強度計素子
１ 圧力測定回路
Claims (4)
- 【請求項１】 基板の中間部を薄膜化して形成されたダ
イヤフラムと、 前記ダイヤフラムの中央上面に載置されたミラーと、 前記ダイヤフラムの上側に開口可能に空間を形成する上
容器と、 前記ミラーに光線を照射する光源と、 前記ミラーから反射された光線を受光する反射光強度計
素子と、 前記ダイヤフラムの下方に流体導入空間を形成する下容
器と、を備えることを特徴とする光学式圧力センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光学式圧力センサであっ
て、 前記基板の下面には、前記ダイヤフラムを底板とする凹
部が形成され、前記凹部が流体導入空間の一部を形成
し、前記ダイヤフラムの上側に、前記光源と前記反射光
強度計素子とが配置されることを特徴とする光学式圧力
センサ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された光
学式圧力センサであって、 前記基板はシリコンウエハでなり、前記ダイヤフラムは
前記基板をエッチングすることにより形成されたもので
あることを特徴とする光学式圧力センサ。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
された光学式圧力センサであって、 前記ミラーは、前記ダイヤフラム上に配置された支持材
の端面が鏡面加工して形成されたものであることを特徴
とする光学式圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080932A JP2003279429A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 光学式圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080932A JP2003279429A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 光学式圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279429A true JP2003279429A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29229763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002080932A Pending JP2003279429A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 光学式圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003279429A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007538371A (ja) * | 2004-05-18 | 2007-12-27 | ジェニングス テクノロジー | 真空開閉装置における高圧条件を検出する方法および装置 |
| CN101799345A (zh) * | 2010-03-02 | 2010-08-11 | 厦门大学 | 激光压力传感器 |
| CN102359838A (zh) * | 2011-08-10 | 2012-02-22 | 陈拥军 | 一种激光式压力传感器 |
| CN109655193A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无线气体压力监测系统 |
| CN109655193B (zh) * | 2019-01-18 | 2024-05-14 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无线气体压力监测系统 |
-
2002
- 2002-03-22 JP JP2002080932A patent/JP2003279429A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007538371A (ja) * | 2004-05-18 | 2007-12-27 | ジェニングス テクノロジー | 真空開閉装置における高圧条件を検出する方法および装置 |
| CN101799345A (zh) * | 2010-03-02 | 2010-08-11 | 厦门大学 | 激光压力传感器 |
| CN102359838A (zh) * | 2011-08-10 | 2012-02-22 | 陈拥军 | 一种激光式压力传感器 |
| CN109655193A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无线气体压力监测系统 |
| CN109655193B (zh) * | 2019-01-18 | 2024-05-14 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无线气体压力监测系统 |
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