JP2007248328A

JP2007248328A - 複合センサ

Info

Publication number: JP2007248328A
Application number: JP2006073803A
Authority: JP
Inventors: Hideo Oogoshi; 偉生大越
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US20090013784A1; WO2007108374A1; US8028578B2

Abstract

【課題】本発明は、角速度センサの特性を維持しながら、一つのパッケージに角速度センサ素子と加速度センサ素子を収納することができる複合センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】角速度センサ素子１と、加速度センサ素子２と、前記加速度センサ素子１および加速度センサ素子２からの信号を処理する信号処理ＩＣ３と、前記角速度センサ素子１、加速度センサ素子２および信号処理ＩＣ３を収容する内装パッケージ４と、この内装パッケージ４に接続されるとともに弾性変形することが可能な連結部材７と、この連結部材７に接続され、かつこの連結部材７を介して前記内装パッケージ４を保持する固定部材８とを備え、前記加速度センサ素子２および信号処理ＩＣ３のいずれか一方を前記内装パッケージ４の中央よりも右側に配置し、かつ他方を前記内装パッケージ４の中央よりも左側に配置したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として自動車等の車両用のナビゲーションシステムや、車両の各種制御用、あるいはカメラ等の手ブレ検知システム等に用いられる角速度および加速度の検出を行う複合センサに関するものである。

１つのパッケージに角速度センサ素子と加速度センサ素子を収容した複合センサは、知られている（特許文献１参照）。

また、角速度センサを搭載した機器を車両に傾けて取り付ける場合において、角速度センサの検出軸が鉛直方向に一致するように、機器内で角速度センサを傾けて取り付ける構成のものも知られている（特許文献２参照）。

さらに、質量部であるマス部と片持ち梁部である弾性変形部との厚みが異なることによりマス部の重心が弾性変形部と平行な面内に位置しない構成の加速度センサにおいて、検出しようとする方向に対する垂直成分の加速度の影響を少なくすることを目的として、加速度センサ素子を傾ける構成のものも知られている（特許文献３参照）。
特開２００３−４４５０号公報特開平１１−２８１３６１号公報特開平７−２２５２４２号公報

このような複合センサにおいて、１つのパッケージに角速度センサと加速度センサを収納し、そして加速度センサはダイレクトに加速度が伝わる方が好ましいため、パッケージにダンパー等を設けない構成にした場合には、角速度センサは角速度センサ素子の検出軸回りに角速度を検知するものであるため、外部衝撃などの外乱の影響により検出精度が悪化してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、角速度センサの特性を維持しながら、一つのパッケージに角速度センサ素子と加速度センサ素子を収納することができる複合センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、角速度センサ素子と、加速度センサ素子と、前記角速度センサ素子および加速度センサ素子からの信号を処理する信号処理ＩＣと、前記角速度センサ素子、加速度センサ素子および信号処理ＩＣを収容する内装パッケージと、この内装パッケージに接続されるとともに弾性変形することが可能な連結部材と、この連結部材に接続され、かつこの連結部材を介して前記内装パッケージを保持する固定部材とを備え、前記加速度センサ素子および信号処理ＩＣのいずれか一方を前記内装パッケージの中央よりも右側に配置し、かつ他方を前記内装パッケージの中央よりも左側に配置したもので、この構成によれば、加速度検出素子および信号処理ＩＣのいずれか一方を内装パッケージの中央よりも右側に配置し、かつ他方を前記内装パッケージの中央よりも左側に配置しているため、内装パッケージ内で重量の重い構成要素が左右に振り分けられることになり、これにより、重量バランスが向上するため、角速度の検出信号にノイズ成分が混入するのを防止することができ、これにより、角速度の検出精度が悪化するのを防ぐことができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、連結部材を撓むことによって弾性変形をするもので構成し、かつ角速度センサ素子を駆動振動させてコリオリの力を利用して角速度を検出するもので構成するとともに、前記角速度センサ素子の駆動振動方向を前記連結部材の撓み方向に対して垂直方向にし、さらに加速度センサ素子の検出方向を前記駆動振動方向と平行にしたもので、この構成によれば、加速度センサ素子の検出軸方向は、連結部材の撓み方向に対して垂直な方向となって、撓み性が小さい方向であるため、複合センサに印加された加速度はほぼ直接加速度センサ素子に伝わることになり、これにより、検出精度の低下を防止することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、角速度センサ素子および加速度センサ素子を内装パッケージ内で傾けて構成したもので、この構成によれば、複合センサを搭載した機器が車両等の内部で傾けて取り付けられていても、角速度センサ素子の検出軸を鉛直方向に、かつ加速度センサ素子の検出軸を車両の進行方向にすることができるため、検出精度の維持を図ることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の複合センサは、加速度検出素子および信号処理ＩＣのいずれか一方を内装パッケージの中央よりも右側に配置し、かつ他方を内装パッケージの中央よりも左側に配置しているため、内装パッケージ内で重量の重い構成要素が左右に振り分けられることになり、これにより、重量バランスが向上するため、角速度の検出信号にノイズ成分が混入するのを防止することができ、その結果、角速度の検出精度が悪化するのを防ぐことができるという優れた効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１および２に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における複合センサの平面断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１〜図３において、１は音叉形状を有する角速度センサ素子、２は略直方体の外形形状を有する加速度センサ素子である。３は角速度センサ素子１および加速度センサ素子２からの信号を処理する信号処理ＩＣで、この信号処理ＩＣ３は一方のＩＣである第１のＩＣ部３ａと、他方のＩＣである第２のＩＣ部３ｂとを積層することにより構成されているものである。４は前記角速度センサ素子１、加速度センサ素子２および信号処理ＩＣ３を収容する内装パッケージで、この内装パッケージ４は内壁面５の一部に前記信号処理ＩＣ３を取り付け、さらに別の内壁面６の一部に前記加速度センサ素子１を取り付けている。７は内装パッケージ４に接続された連結部材で、この連結部材７は図１の紙面前後方向に撓むことによって弾性変形をするものから構成されており、さらにこの連結部材７は、図１に示すように内装パッケージ４の左右と下側に取り付けられている。８は連結部材７に接続されている固定部材で、この固定部材８は前記連結部材７を介して内装パッケージ４を保持するものである。

図１中のＸ軸は角速度センサ素子１の検出軸方向を表し、そして角速度センサ素子１はこのＸ軸と平行な軸を中心とする回転の角速度を検出するものである。図１においてＸ軸は紙面上向きの軸である。また、Ｙ軸は加速度センサ素子２の検出軸方向を表し、そして加速度センサ素子２はこのＹ軸と平行な方向の加速度の検出をするものである。図１においてＹ軸は右方向の軸である。また、Ｘ軸とＹ軸は直交している。

図４は本発明の実施の形態１における複合センサのうちの角速度センサ素子を示す平面図である。この図４において、１０はＳｉで構成された音叉形状を有する音叉基体で、この音叉基体１０の先端部分には一対の脚１１を設けている。１２は一対の脚１１のそれぞれの上面の端に２箇所ずつ形成された駆動電極である。１３は一対の脚１１の上面にそれぞれ２箇所形成されている駆動電極１２の間に形成された検出電極である。そして前記駆動電極１２および検出電極１３はともに音叉基体１０上に積層されたグランド電極（図示せず）およびＰＺＴ層（図示せず）上に形成されているものである。

図５は本発明の実施の形態１における複合センサのうちの加速度センサ素子を示す分解斜視図、図６は同加速度センサ素子の縦断面図を示したもので、この加速度センサ素子は図１における加速度センサ素子２を向きをそのままにして断面で示したものである。

図５、図６において、１４はＳｉで構成された枠体部、１５は枠体部１４と一体的に形成された２本の梁部、１６は２本の梁部１５に支持された質量部、１７は質量部１６の表面および裏面に形成された可動電極である。１８は前記枠体部１４の表面および裏面の両方に位置し、かつ中央部に開口が形成されているスペーサで、この２つのスペーサ１８のそれぞれの外側には平板１９が設けられている。２０は可動電極１７と対向するように平板１９に形成された固定電極である。

以上のように構成された本発明の実施の形態１における複合センサの動作について、以下に説明する。

本発明の複合センサにおける角速度の検出に関しては、角速度センサ素子１が角速度の検出を行う。角速度センサ素子１の駆動電極１２に所定の周期の電圧を印加して、圧電体であるＰＺＴ層（図示せず）を変形させることにより、一対の脚１１を図４における紙面左右方向に振動させる。この状態で、Ｘ軸を回転中心とする角速度を印加すると、コリオリの力により一対の脚１１が図４における紙面前後方向への力を受け、これによるＰＺＴ層（図示せず）の電位変化を検出電極１３で検出し、そしてこの検出した信号を信号処理ＩＣ３で所定の処理を行うことにより角速度を検出することができる。

また、本発明の複合センサにおける加速度の検出に関しては、加速度センサ素子２が加速度の検出を行う。

例えば、図６において、紙面の左方向への正の加速度が印加された場合、慣性の関係で質量部１６が加速度センサ素子２の中で相対的に右に移動する。このとき、右側の可動電極１７と固定電極２０との間隔が狭まり、一方、これとは反対に左側の可動電極１７と固定電極２０との間隔が広がる。これにより、これらの電極間の静電容量に変化が現れるため、これによる信号を信号処理ＩＣ３で所定の処理を行うことにより加速度を検出することができる。

このような複合センサにおいて、外部から衝撃が加えられた場合について、以下に説明する。

例えば、図１において紙面前後方向の衝撃が加わった場合、連結部材７に保持された内装パッケージ４は連結部材７がある程度の衝撃を吸収するものの、幾分かの衝撃は内装パッケージ４に伝わることになり、そしてこの内装パッケージ４が若干であっても固定部材８内で図１において紙面前後方向に移動する。このとき、内装パッケージ４内の重量バランスに偏りがあると、内装パッケージ４は平行に前後に移動するのではなく、内装パッケージ４の右端は手前に移動しているときに左端が奥に移動する、といった運動をしてしまい、そしてこのような運動は、図１における紙面上下方向を軸とする加速度を印加したときと同様の運動になるためノイズ成分として加速度の検出信号に付加されてしまい、検出精度を悪化させることになる。この現象は、図１における紙面前後方向の衝撃のみならず、紙面上下方向や左右方向の衝撃が加わった場合にも同様なことが起こるものである。

しかしながら、本発明の実施の形態１における複合センサにおいては、内装パッケージ４内で信号処理ＩＣ３を中央よりも左側に配置し、かつ加速度センサ素子２を中央よりも右側に配置した構成としているため、内装パッケージ４内で重量の重いこれらの構成要素が左右に振り分けられることになり、これにより、重量バランスが向上するため、角速度の検出信号にノイズ成分が混入するのを防止することができ、これにより、角速度の検出精度が悪化するのを防ぐことができるものである。

また、本発明の実施の形態１においては、連結部材７を撓むことによって弾性変形をするもので構成し、かつ角速度センサ素子１の駆動振動方向を前記連結部材７の撓み方向に対して垂直方向にし、さらに加速度センサ素子２の検出方向を前記駆動振動方向と平行にしているため、加速度センサ素子２の検出軸方向は、連結部材７の撓み方向に対して垂直な方向となって、撓み性が小さい方向であるため、複合センサに印加された加速度はほぼ直接加速度センサ素子２に伝わることになり、これにより、検出精度の低下を防止することができるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。

図７は本発明の実施の形態２における複合センサの平面断面図を示したもので、この図７においては、上記した本発明の実施の形態１における構成部品と同じものについては同一番号を付しており、その詳細は省略する。なお、図７におけるＸ軸とＹ軸とは直交しているものである。

本発明の実施の形態２における複合センサが、上記した本発明の実施の形態１における複合センサと異なる点は、角速度センサ素子１および加速度センサ素子２を内装パッケージ４内で斜めに傾けて構成するとともに、連結部材７をＳ字形状に構成したものである。

本発明の実施の形態２における複合センサは、上記した本発明の実施の形態１における複合センサと比較すると、Ｘ軸とＹ軸を傾けているため、角速度センサ素子１および角速度センサ素子２の検出軸はともに傾いたものとなる。このため、複合センサを車両などの移動体に傾けて取り付ける時の検出精度の向上を図ることができる。これについて以下、説明をする。

複合センサを自動車に取り付ける場合、車内のセンターコンソールに取り付けることがあり、この場合、センターコンソールは使用者の操作性や寸法の関係で操作面が斜め上を向くように斜めに傾いていることが多い。このため、複合センサも斜めに取り付けられることになる。ここで、自動車において、角速度センサ素子１は鉛直方向を、加速度センサ素子２は自動車の進行方向を検出軸とするような構成であることがそれぞれ求められ、検出軸がこれらの方向からずれると検出精度が劣化する。このため、自動車に取り付けた際にＸ軸が鉛直方向を、Ｙ軸が自動車の進行方向を向くように複合センサ内で、角速度センサ素子１および加速度センサ素子２をそれぞれ傾けて取り付けておけば、複合センサが自動車のセンターコンソールに傾けて取り付けられても検出精度を維持することができるものである。

また、上記本発明の実施の形態２においては、連結部材７をＳ字形状に構成しているため、連結部材７を設ける限られた空間内において連結部材７の延伸距離を確保することができ、これにより、複合センサの小型化が図れるものである。

本発明に係る角速度センサは、加速度検出素子および信号処理ＩＣのいずれか一方を内装パッケージの中央よりも右側に配置し、かつ他方を内装パッケージの中央よりも左側に配置したことにより、角速度センサの特性を維持しながら、一つのパッケージに角速度センサ素子と加速度センサ素子を収納することができるという効果を有するものであり、特に車両用等のデジタルカメラ等の各種検知センサに適用して有用なものである。

本発明の実施の形態１における複合センサの平面断面図図１のＡ−Ａ線断面図図１のＢ−Ｂ線断面図同複合センサのうちの角速度センサ素子を示す平面図同複合センサのうちの加速度センサ素子を示す分解斜視図同加速度センサ素子の縦断面図本発明の実施の形態２における複合センサの平面断面図

符号の説明

１角速度センサ素子
２加速度センサ素子
３信号処理ＩＣ
４内装パッケージ
７連結部材
８固定部材

Claims

角速度センサ素子と、加速度センサ素子と、前記角速度センサ素子および加速度センサ素子からの信号を処理する信号処理ＩＣと、前記角速度センサ素子、加速度センサ素子および信号処理ＩＣを収容する内装パッケージと、この内装パッケージに接続されるとともに弾性変形することが可能な連結部材と、この連結部材に接続され、かつこの連結部材を介して前記内装パッケージを保持する固定部材とを備え、前記加速度センサ素子および信号処理ＩＣのいずれか一方を前記内装パッケージの中央よりも右側に配置し、かつ他方を前記内装パッケージの中央よりも左側に配置した複合センサ。
連結部材を撓むことによって弾性変形をするもので構成し、かつ角速度センサ素子を駆動振動させてコリオリの力を利用して角速度を検出するもので構成するとともに、前記角速度センサ素子の駆動振動方向を前記連結部材の撓み方向に対して垂直方向にし、さらに加速度センサ素子の検出方向を前記駆動振動方向と平行にした請求項１記載の複合センサ。
角速度センサ素子および加速度センサ素子を内装パッケージ内で傾けて構成した請求項１または２記載の複合センサ。