JP2007198778A - Inertial force sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力を検出する慣性力センサに関するものである。 The present invention relates to an inertial force sensor that detects an inertial force used in various electronic devices such as attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.
以下、従来の慣性力センサについて説明する。 Hereinafter, a conventional inertial force sensor will be described.
従来、角速度や加速度等の慣性力を検出する慣性力センサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。また、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対して、複数の検出軸の角速度や加速度を検出する場合は、検出軸の数に対応するように、複数の角速度センサや加速度センサを用いていた。 Conventionally, when an inertial force sensor that detects an inertial force such as an angular velocity or acceleration is used, a dedicated angular velocity sensor is used to detect the angular velocity, and a dedicated acceleration sensor is used to detect the acceleration. In addition, when detecting angular velocities and accelerations of a plurality of detection axes with respect to the X axis, Y axis, and Z axis orthogonal to each other, a plurality of angular velocity sensors and acceleration sensors are used so as to correspond to the number of detection axes. It was.
したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出したり、複数の検出軸に対して角速度や加速度を検出したりする場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。 Therefore, when various angular velocity and acceleration are detected in combination with various electronic devices, or when angular velocity and acceleration are detected for multiple detection axes, multiple angular velocity sensors and acceleration sensors are mounted on various electronic devices. Each was mounted on a board.
一般に、角速度センサは、音さ形状やH形状やT形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものであり、加速度センサは、錘部を有し、加速度に伴う錘部の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。 In general, an angular velocity sensor detects an angular velocity by electrically detecting a distortion of a detection element caused by the generation of Coriolis force by vibrating a detection element having various shapes such as a sound shape, an H shape, and a T shape. The acceleration sensor has a weight part, and detects acceleration by comparing and detecting the movement of the weight part accompanying the acceleration with that before the movement.
このような角速度センサや加速度センサ等の複数の慣性力センサを、検出したい慣性力や検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 A plurality of inertial force sensors such as an angular velocity sensor and an acceleration sensor are used in an attitude control device, a navigation device, and the like of a moving body such as a vehicle, corresponding to the inertial force and detection axis to be detected.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1および特許文献2が知られている。
上記構成では、各種電子機器の慣性力を検出するにあたって、検出したい慣性力や検出軸に対応させて、角速度センサや加速度センサ等の複数の慣性力センサを各種電子機器の実装基板に実装するので、複数の慣性力センサを実装するための実装面積を確保する必要があり、各種電子機器の小型化を図れないという問題点を有していた。 In the above configuration, when detecting the inertial force of various electronic devices, a plurality of inertial force sensors such as an angular velocity sensor and an acceleration sensor are mounted on the mounting board of the various electronic devices corresponding to the inertial force and detection axis to be detected. Therefore, it is necessary to secure a mounting area for mounting a plurality of inertial force sensors, and there is a problem that various electronic devices cannot be reduced in size.
本発明は上記問題点を解決し、複数の慣性力センサを実装するための実装面積を確保する必要がなく、角速度や加速度等の互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、各種電子機器の小型化を図れる慣性力センサを提供することを目的としている。 The present invention solves the above problems and does not require a mounting area for mounting a plurality of inertial force sensors, detects a plurality of different inertial forces such as angular velocity and acceleration, or detects a plurality of detection axes. An object of the present invention is to provide an inertial force sensor that can detect inertial force and can reduce the size of various electronic devices.
上記目的を達成するために本発明は、特に、検出素子は、4つのアームと、前記アームの一方の端部を支持する支持部とを有し、前記アームの他方の端部を互いに連結アームを介して連結した構成である。 In order to achieve the above object, in particular, the present invention provides a detection element having four arms and a support part for supporting one end of the arm, and connecting the other end of the arm to each other. It is the structure connected via.
上記構成により、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対して、対向する1組の連結アームをX軸方向に配置した場合、角速度については、例えば、連結アームをY軸方向に駆動振動させれば、Z軸回りの角速度に起因した歪はアームのXY軸方向に発生させることができ、Y軸回りの角速度に起因した歪はアームのZ軸方向に発生させることができ、この歪を検知すれば検出できる。 With the above configuration, when a pair of connecting arms facing each other orthogonal to the X axis, Y axis, and Z axis are arranged in the X axis direction, for example, for angular velocity, the connecting arm is driven to vibrate in the Y axis direction. By doing so, distortion caused by the angular velocity around the Z axis can be generated in the XY axis direction of the arm, and distortion caused by the angular velocity around the Y axis can be generated in the Z axis direction of the arm. It can be detected by detecting.
加速度については、例えば、X軸方向の加速度、Y軸方向の加速度に起因した歪は連結アームに発生させることができ、これらの歪を検知すれば検出できる。 As for the acceleration, for example, distortion caused by acceleration in the X-axis direction and acceleration in the Y-axis direction can be generated in the connecting arm, and can be detected by detecting these distortions.
よって、互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりできるので、実装面積を低減して小型化を図ることができる。 Therefore, a plurality of different inertia forces can be detected, or the inertia forces of a plurality of detection shafts can be detected, so that the mounting area can be reduced and the size can be reduced.
図1は本発明の一実施の形態における慣性力センサの検出素子の斜視図、図2は同検出素子の動作状態図である。 FIG. 1 is a perspective view of a detection element of an inertial force sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an operation state diagram of the detection element.
図1において、本発明の一実施の形態における慣性力センサは、慣性力を検出する検出素子1と処理回路(図示せず)とを備えている。この検出素子1は、4つのアーム2と、このアーム2の一方の端部を支持する支持部とを有し、この支持部を実装基板(図示せず)に固定する基部4としている。特にアーム2を互いに直交方向に配置するとともにアーム2の他方の端部を互いに連結アーム6を介して連結させている。
In FIG. 1, an inertial force sensor according to an embodiment of the present invention includes a detection element 1 for detecting inertial force and a processing circuit (not shown). The detection element 1 includes four
また、この検出素子1は、互いに対向する連結アーム6は略平行に配置しており、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、対向する一方の連結アーム6はX軸方向に配置し、対向する他方の連結アーム6はY軸方向に配置している。
In the detection element 1, the connecting
さらに、検出素子1はシリコン基板から一体成形されており、このシリコン基板上に、駆動振動させる連結アーム6には駆動電極を配置し、歪を検知させるアーム2には検知電極を配置している。
Further, the detection element 1 is integrally formed from a silicon substrate. On the silicon substrate, a driving electrode is disposed on a connecting
駆動電極および検知電極は、例えば、シリコン基板上にPtの下部電極を高周波スパッタにて形成し、この下部電極の上部に高周波スパッタにてPZT圧電体を形成し、さらに、上部にAu蒸着で上部電極を形成することによって形成すればよい。 For the drive electrode and the detection electrode, for example, a lower electrode of Pt is formed on a silicon substrate by high frequency sputtering, a PZT piezoelectric body is formed on the upper portion of this lower electrode by high frequency sputtering, and an upper portion is formed by Au evaporation on the upper portion. What is necessary is just to form by forming an electrode.
下部電極と上部電極にシリコンが共振する共振周波数の交流電圧を印加すると駆動電極が配置された連結アーム6は各々その中央部が腹となるように駆動振動し、また、角速度や加速度に起因してアーム2が歪めば、歪んだアーム2に配置された検知電極から歪に応じた電圧が出力される。この出力電圧に基づき、処理回路で角速度および加速度を検出できる。
When an alternating voltage having a resonance frequency at which silicon resonates is applied to the lower electrode and the upper electrode, each of the connecting
上記構成により、角速度については、例えば、図2に示すように、対向する一方の連結アーム6はX軸方向に、他方の連結アーム6はY軸方向に駆動振動(実線の矢印と点線の矢印を交互に繰り返す)させれば、Z軸回りの角速度に起因した歪はアーム2のXY軸方向に発生させることができ(コリオリ力が駆動振動に対応して一方の連結アーム6ではY軸方向に、他方の連結アーム6ではX軸方向に発生し、連結アーム6が基部4を中心に回転しようとするため)、Y軸回りの角速度に起因した歪はアーム2のZ軸方向に発生させることができ(コリオリ力が駆動振動に対応して連結圧電基板ク6のX軸方向に発生するため)、この歪を検知することにより検出が可能である。
With respect to the angular velocity, for example, as shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. 2, one opposing connecting
加速度については、例えば、X軸方向の加速度、Y軸方向の加速度に起因した歪は連結アーム6に発生させることができ(連結アーム6の自重が連結アーム6に加わるため)、この歪を検知することにより検出が可能である。
As for acceleration, for example, distortion caused by acceleration in the X-axis direction and acceleration in the Y-axis direction can be generated in the connecting arm 6 (because the weight of the connecting
よって、互いに異なる複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、実装面積を低減して小型化を図ることができる。 Therefore, a plurality of different inertia forces can be detected, or the inertia forces of a plurality of detection shafts can be detected, and the mounting area can be reduced and the size can be reduced.
なお、連結アーム6の中央部に切込部を設けた場合、連結アーム6が可動しやすくなり、加速度の検知感度と角速度の検知感度を向上させることができる。
In addition, when a notch part is provided in the center part of the
本発明に係る慣性力センサは、複数の慣性力を検出したり、複数の検出軸の慣性力を検出したりでき、各種電子機器に適用できるものである。 The inertial force sensor according to the present invention can detect a plurality of inertial forces or detect inertial forces of a plurality of detection shafts, and can be applied to various electronic devices.
1 検出素子
2 アーム
4 基部
6 連結アーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記検出素子は、4つのアームと、前記アームの一方の端部を支持する支持部とを有し、前記アームの他方の端部を互いに連結アームを介して連結した慣性力センサ。 It has a detection element that detects inertial force,
The detection element includes four arms and a support portion that supports one end of the arm, and the other end of the arm is connected to each other via a connecting arm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014853A JP2007198778A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Inertial force sensor |
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JP2006014853A JP2007198778A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Inertial force sensor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010266276A (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Rohm Co Ltd | Three-axis angular velocity detection vibrator, three-axis angular velocity detector, and three-axis angular velocity detection system |
JP2012042479A (en) * | 2010-01-12 | 2012-03-01 | Sony Corp | Angular velocity sensor, electronic apparatus, and method for detecting angular velocity |
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2006
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US8910517B2 (en) | 2010-01-12 | 2014-12-16 | Sony Corporation | Angular velocity sensor, electronic apparatus, and method of detecting an angular velocity |
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