JP2012202696A - Capacitance type acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型加速度センサに関し、より詳細には、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を有し、表面MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)における差動式の静電容量型加速度センサに関する。 The present invention relates to a capacitive acceleration sensor, and more specifically, an electrode arrangement pattern in which a capacitance of a fixed electrode facing a movable electrode does not change when an acceleration is applied in a direction perpendicular to a detection axis. The present invention relates to a differential capacitive acceleration sensor having a structure and a surface MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
従来の静電容量型加速度センサとしては、例えば、特許文献1に開示されているような、櫛歯状電極を用いた静電容量型加速度センサが知られている。また、実質的に櫛歯状の電極を備えた差動式静電容量型加速度センサは、例えば、特許文献2に開示されている。 As a conventional capacitive acceleration sensor, for example, a capacitive acceleration sensor using a comb-like electrode as disclosed in Patent Document 1 is known. A differential capacitive acceleration sensor having substantially comb-like electrodes is disclosed in, for example, Patent Document 2.
図1は、特許文献2に開示されている従来の差動式静電容量型加速度センサを説明するための構成図である。この従来の差動式静電容量型加速度センサの電極の各々は、各コンデンサが複数の並列に接続されたより小さなキャパシタンスの「セル」から構成されている複数のセグメントから形成され、シリコン基板22上に、懸下されたポリシリコンビーム24が形成されている。このビーム24は、アンカ26A乃至26Dの上の基板の表面の上に載置されている。ビーム24は全体的にH形であり、2本の延びた細い足28及び32、並びにそれらの間に懸下されている横断中心部材34を有している。この中心部材34から一対のビームフィンガ36及び38が並列配向に、ビームの軸を横断するように垂れ下がっている。フィンガ36は静止部材42をその対向電極、すなわち、板として有している並列板コンデンサの一方の電極を形成している。同様に、フィンガ38は静止部材44をその対向板として有している第2並列板コンデンサの一方の電極を形成している。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a conventional differential capacitive acceleration sensor disclosed in Patent Document 2. In FIG. Each of the electrodes of this conventional differential capacitive acceleration sensor is formed of a plurality of segments made up of smaller capacitance “cells” each having a plurality of capacitors connected in parallel on a
また、上述した特許文献以外に、上下又は左右対称の櫛歯を有する静電容量型加速度センサとしては、例えば、特許文献3乃至5に開示されている。 In addition to the above-described patent documents, for example, Patent Documents 3 to 5 disclose capacitive acceleration sensors having comb teeth that are vertically or laterally symmetrical.
図2(a)乃至(c)は、図1の差動容量検出型加速度センサにおける可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、図2(a)は上面図、図2(b)は図2(a)のA−A’線断面図、図2(c)は図2(a)のB−B’線断面図である。 2A to 2C are diagrams for explaining the relationship between the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the differential capacitance detection type acceleration sensor of FIG. 1, and FIG. 2A is a top view. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
図中符号31は複数組ある可動電極と固定電極の1組(1Cell)、37は上部可動電極、36は下部可動電極、43は上部固定電極(L側)、46は上部固定電極(R側)、42は下部固定電極(L側)、47は下部固定電極(R側)、CL1〜CL4は、上部可動電極37及び下部可動電極36と上部固定電極(L側)43及び下部固定電極(L側)42との間に形成される容量、CR1〜CR4は、上部可動電極37及び下部可動電極36と上部固定電極(R側)46及び下部固定電極(R側)47との間に形成される容量を示している。
In the figure,
ここで、加速度の検出軸方向に対する可動電極と固定電極との間の容量、すなわち図2のCL1,CL2,CR1,CR2は検出軸方向の重力加速度に対して大きく容量変化を起こす容量(主感度容量部と定義する)で、検出軸と垂直方向の容量、すなわち図2のCL3,CL4,CR3,CR4は検出軸方向と垂直な重力加速度に対し変化を起こす場所(副感度容量部と定義する)を示す。副感度容量部は重力加速度がかかっていない時(G=0)では、(CL1+CL2+CL3+CL4)−(CR1+CR2+CR3+CR4)=0となり、差動容量検出型の加速度センサにおいては、容量の差分が0であるため、G=0で出力が0、すなわち、オフセットが0である。一方、検出軸方向に垂直な加速度が加わった場合(G≠0)、CL1,CL2,CR1,CR2においては容量変化を起こさないので、(CL1+CL2)−(CR1+CR2)=0だが、CL3,CL4,CR3,CR4においては(CL3+CL4)−(CR3+CR4)≠0となり、本来、検出されないはずの出力が出る。これの意味する所は、検出軸と垂直方向に力が加わった際に容量変化を起こし、他軸感度として加速度の誤検出を起こすという問題があるということである。なお、ここで言う容量変化とは、L側の容量とR側の容量に容量差が起こる事を意味している。この問題は、可動電極に対向する固定電極の櫛の数や長さが互いに異なるために起こる。 Here, the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode with respect to the acceleration detection axis direction, that is, C L1 , C L2 , C R1 , and C R2 in FIG. Capacitance (defined as the main sensitivity capacity section), and the capacity in the direction perpendicular to the detection axis, that is, C L3 , C L4 , C R3 , and C R4 in FIG. (Defined as a sub-sensitivity capacitor). When the gravitational acceleration is not applied (G = 0), the sub-sensitivity capacitance unit becomes (C L1 + C L2 + C L3 + C L4 ) − (C R1 + C R2 + C R3 + C R4 ) = 0, and the differential capacitance detection type In the acceleration sensor, since the difference in capacitance is 0, the output is 0 when G = 0, that is, the offset is 0. On the other hand, when acceleration perpendicular to the detection axis direction is applied (G ≠ 0), no capacitance change occurs in C L1 , C L2 , C R1 , C R2 , so (C L1 + C L2 ) − (C R1 + C R2 ) = 0, but in C L3 , C L4 , C R3 , C R4 , (C L3 + C L4 ) − (C R3 + C R4 ) ≠ 0, and an output that should not be detected is output. This means that there is a problem that when a force is applied in a direction perpendicular to the detection axis, the capacitance changes, and the acceleration of the other axis is erroneously detected. The capacitance change referred to here means that a capacitance difference occurs between the L-side capacitance and the R-side capacitance. This problem occurs because the number and length of the combs of the fixed electrode facing the movable electrode are different from each other.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動電極に対向する固定電極の容量を、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を有する静電容量型加速度センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to change the capacitance of the fixed electrode facing the movable electrode when acceleration is applied in a direction perpendicular to the detection axis. It is an object of the present invention to provide a capacitance type acceleration sensor having an electrode arrangement pattern structure that does not cause the phenomenon.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の一側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された一側電極セルと、前記重錘体の他側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された他側電極セルとを備え、前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成したことを特徴とする。(実施例1) The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to claim 1 is a comb tooth integrally formed on a weight body provided on a substrate via an elastic member. A capacitance-type acceleration sensor, and a pair of movable electrodes provided at one side of the weight body, A one-side electrode cell comprising a pair of outer fixed electrodes respectively disposed outside the pair of movable electrodes, and a pair of inner fixed electrodes disposed between the pair of movable electrodes; A pair of movable electrodes provided on the other side, a pair of outer fixed electrodes respectively disposed outside the pair of movable electrodes, and a pair of inner fixed electrodes respectively disposed between the pair of movable electrodes The other side electrode cell, the one side electrode cell and the other side electrode cell, Characterized by being configured electrode cell structure. Example 1
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記一対の可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the pair of movable electrodes are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the weight body.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the one-side electrode cell and the other-side electrode cell are arranged symmetrically with respect to the longitudinal direction of the weight body. It is characterized by being.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記一側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の一側に設けられた第1の可動電極と第2の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第1の外側固定電極と第2の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第2の内側固定電極と第1の内側固定電極とから構成され、前記他側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の他側に設けられた第1の可動電極と第2の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第1の外側固定電極と第2の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第2の内側固定電極と第1の内側固定電極とから構成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the invention, the pair of movable electrodes of the one-side electrode cell is provided on one side of the weight body. Each of the movable electrode and the second movable electrode, and the pair of outer fixed electrodes includes a first outer fixed electrode and a second outer fixed electrode, which are respectively disposed outside the pair of movable electrodes, The pair of inner fixed electrodes is composed of a second inner fixed electrode and a first inner fixed electrode respectively disposed between the pair of movable electrodes, and the pair of movable electrodes of the other electrode cell, A first outer electrode comprising a first movable electrode and a second movable electrode provided on the other side of the weight body, wherein the pair of outer fixed electrodes are respectively disposed outside the pair of movable electrodes. A fixed electrode and a second outer fixed electrode, wherein the pair of inner fixed electrodes Characterized in that it is composed of a second inner fixed electrode and the first inner fixed electrodes are respectively disposed between a pair of movable electrodes.
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記一側における前記第1の外側固定電極と前記第1の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第2の外側固定電極と前記第2の内側固定電極とが接続され、前記他側における前記第1の外側固定電極と前記第1の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第2の外側固定電極と前記第2の内側固定電極とが接続されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, the first outer fixed electrode and the first inner fixed electrode on the one side are connected, and the second The outer fixed electrode and the second inner fixed electrode are connected, the first outer fixed electrode and the first inner fixed electrode on the other side are connected, and the second outer fixed electrode is connected. An electrode is connected to the second inner fixed electrode.
また、請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の発明において、前記第1の外側固定電極と前記第2の内側固定電極とが、前記第1の可動電極を介して対向配置され、前記第2の外側固定電極と前記第1の内側固定電極とが、前記第2の可動電極を介して対向配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to claim 4 or 5, wherein the first outer fixed electrode and the second inner fixed electrode are opposed to each other through the first movable electrode. The second outer fixed electrode and the first inner fixed electrode are arranged to face each other via the second movable electrode.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of the electrode cell structures are continuously arranged along a longitudinal direction of the weight body. It is characterized by.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記重錘体の長手方向が、X軸方向又はY軸方向に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the longitudinal direction of the weight body is arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction. To do.
また、請求項9に記載の発明は、基板上に弾性部材を介して設けられた重錘体に一体的に構成された櫛歯状の可動電極と、該可動電極と対向配置された櫛歯状の固定電極とを備えた静電容量型加速度センサにおいて、前記重錘体の一側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第1の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第2の固定電極とで構成された一側電極セルと、前記重錘体の他側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第1の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第2の固定電極とで構成された他側電極セルと、前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成したことを特徴とする。(実施例2) According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a comb-like movable electrode integrally formed on a weight body provided on a substrate via an elastic member, and a comb tooth disposed to face the movable electrode. A capacitance-type acceleration sensor comprising a fixed electrode in the form of a movable electrode provided on one side of the weight body, and one first fixed electrode disposed so as to sandwich the movable electrode; One side electrode cell composed of the other second fixed electrode arranged so as to sandwich the movable electrode, a movable electrode provided on the other side of the weight body, and the movable electrode so as to sandwich the movable electrode An other-side electrode cell comprising one arranged first fixed electrode and the other second fixed electrode arranged so as to sandwich the movable electrode; the one-side electrode cell; and the other-side electrode An electrode cell structure is composed of cells. (Example 2)
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記可動電極が、前記重錘体の長手方向に対して垂直方向に配置されていることを特徴とする。 The invention described in claim 10 is the invention described in claim 9, characterized in that the movable electrode is arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the weight body.
また、請求項11に記載の発明は、請求項9又は10に記載の発明において、前記一側電極セルと前記他側電極セルとが、前記重錘体の長手方向に対して軸対称に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the invention according to claim 9 or 10, wherein the one-side electrode cell and the other-side electrode cell are arranged symmetrically with respect to the longitudinal direction of the weight body. It is characterized by being.
また、請求項12に記載の発明は、請求項9,10又は11に記載の発明において、前記第1の固定電極と前記第2の固定電極とが、前記可動電極を介して対向配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 12 is the invention according to claim 9, 10 or 11, wherein the first fixed electrode and the second fixed electrode are arranged to face each other via the movable electrode. It is characterized by being.
また、請求項13に記載の発明は、請求項9乃至12のいずれかに記載の発明において、前記電極セル構造が、前記重錘体の長手方向に沿って複数連続的に配列されていることを特徴とする。 The invention according to claim 13 is the invention according to any one of claims 9 to 12, wherein a plurality of the electrode cell structures are continuously arranged along a longitudinal direction of the weight body. It is characterized by.
また、請求項14に記載の発明は、請求項9乃至13のいずれかに記載の発明において、前記重錘体の長手方向をX軸又はY軸に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the longitudinal direction of the weight body is arranged on the X axis or the Y axis.
本発明によれば、従来技術の構造に対して可動電極と固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に容量変化を起こさない容量を提供する。これにより従来構造に対して他軸感度が小さくできるという効果を奏する。 According to the present invention, the capacitance of the movable electrode and the fixed electrode is provided with respect to the structure of the prior art so that the capacitance does not change when acceleration is applied in the direction perpendicular to the detection axis. As a result, the other axis sensitivity can be reduced compared to the conventional structure.
本発明の各実施例を説明する前に、本発明に係る静電容量型加速度センサの前提となる構成について以下に説明する。
図3(a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの前提となる構成図で、図3(a)は上面図、図3(b)は図3(a)のA−A’線断面図である。図中符号80は静電容量型加速度センサ、81は基板、82は重錘体(おもり)、83は弾性部材(バネ)、84はアンカ(支柱部材)、85は可動電極、86は固定電極を示している。
Before describing each embodiment of the present invention, a configuration that is a premise of the capacitive acceleration sensor according to the present invention is described below.
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are configuration diagrams on the premise of the capacitive acceleration sensor according to the present invention, FIG. 3 (a) is a top view, and FIG. 3 (b) is a diagram of FIG. 3 (a). It is AA 'line sectional drawing. In the figure,
静電容量型加速度センサ80は、基板81上に離間状態で配置された変位可能な重錘体(おもり)82と、この重錘体82に設けられた可動電極85と、この可動電極85を挟み込むようにして対向して配置された一対の固定電極86,86とを備え、可動電極と固定電極間の静電容量の変化を重錘体82の変位に基づいて検出するものである。
The
また、可動電極85は、複数の薄板状の櫛歯状の可動電極で、この櫛歯状の可動電極を挟むようにして配置された一対の固定電極86,86は、複数の薄板状の櫛歯状の固定電極である。また、これらの櫛歯状の可動電極は、重錘体82の変位方向であるX軸方向に対してY軸方向の両側に設けられているとともに、一対の櫛歯状の固定電極は、櫛歯状の可動電極に対向して配置されている。
The
また、重錘体82は、基板81上に設けられたアンカ(支柱部材)84に梁部材(弾性部材)83を介して取り付けられている。この梁部材83の一方は、支柱部材84に結合されており、梁部材83の他方は、重錘体82に結合されている。そして、この梁部材83は、重錘体82の水平方向の変位に対して弾性力を持って変位するばね部材である。
The
このような構成により、重錘体82が変位した際に、可動電極85と固定電極86,86間に生じる容量変化を検出することができる。
With such a configuration, it is possible to detect a change in capacitance that occurs between the
なお、図3では、X軸方向の加速度を検出する場合について説明したが、Y軸方向の加速度を検出する場合には、図3に示した静電容量型加速度センサ80を90度回転したものを使用すれば、Y軸方向の加速度出力が得られる。
In FIG. 3, the case where the acceleration in the X-axis direction is detected has been described. However, when the acceleration in the Y-axis direction is detected, the
図4は、図3に示した静電容量型加速度センサにおける信号検出ブロック図である。図4に示されている静電容量型加速度センサは、図3において説明したような静電容量型加速度センサ80と同じ構造を有している。また、説明の都合上、固定電極86は、左側固定電極86Lと右側固定電極86Rとし、可動電極85と左固定電極86L間の容量をCL、可動電極85と右固定電極86R間の容量をCRとしている。
FIG. 4 is a block diagram of signal detection in the capacitive acceleration sensor shown in FIG. The capacitive acceleration sensor shown in FIG. 4 has the same structure as the
ドライブ回路91は、CV変換回路92a,92bへCL、CRにチャージされた電荷Qを渡すためのもので、可動電極85に接続されている。このQの変化をCV変換回路92a,92bは電圧変換する。X軸方向に加速度が印加され、CLとCRに容量変化が起きた時、CV変換回路92a,92bを通して、CLとCRの容量差を差動増幅器93で出力として取り出す。この出力がX軸方向の加速度出力となる。
The
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図5は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例1を説明するための構成図で、図中符号100は本実施例1に係る静電容量型加速度センサで、この静電容量型加速度センサ100は、一側電極セルA1と他側電極セルA2とからなる電極セル構造Aを、重錘体101の長手方向に沿って複数連続的に配列した構造を備えている。
FIG. 5 is a block diagram for explaining the first embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. In FIG. 5,
一側電極セルA1は、基板110上に弾性部材103を介して設けられた重錘体101に一体的に構成された櫛歯状の可動電極101a,101bと、この可動電極101a,101bと対向配置された櫛歯状の固定電極111a,111b,112a,112bとを備えている。
The one-side electrode cell A1 has comb-like
つまり、一側電極セルA1は、重錘体101の一側に設けられた一対の可動電極101a,101bと、この一対の可動電極101a,101bの外側に各々配置された一対の外側固定電極111a,112aと、この一対の可動電極101a,101b間に各々配置された一対の内側固定電極111b,112bとで構成されている。
That is, the one-side electrode cell A1 includes a pair of
そして、一側電極セルA1の一対の可動電極101a,101bは、重錘体101の一側に設けられた第1の可動電極101aと第2の可動電極101bとからなり、一対の外側固定電極111a,112aは、この一対の可動電極101a,101bの外側に各々配置された第1の外側固定電極111aと第2の外側固定電極112aとからなり、一対の内側固定電極111b,112bは、一対の可動電極101a,101b間に各々配置された第2の内側固定電極112bと第1の内側固定電極111bとから構成されている。
The pair of
また、他側電極セルA2は、基板110上に弾性部材103を介して設けられた重錘体101に一体的に構成された櫛歯状の可動電極102a,102bと、この可動電極102a,102bと対向配置された櫛歯状の固定電極121a,121b,122a,122bとを備えている。
The other-side electrode cell A2 includes comb-shaped
つまり、他側電極セルA2は、重錘体101の他側に設けられた一対の可動電極102a,102bと、この一対の可動電極102a,102bの外側に各々配置された一対の外側固定電極121a,122aと、一対の可動電極102a,102b間に各々配置された一対の内側固定電極121b,122bとで構成されている。
That is, the other-side electrode cell A2 includes a pair of
そして、他側電極セルA2の一対の可動電極102a,102bは、重錘体101の他側に設けられた第1の可動電極102aと第2の可動電極102bとからなり、一対の外側固定電極121a,122aは、この一対の可動電極102a,102bの外側に各々配置された第1の外側固定電極121aと第2の外側固定電極122aとからなり、一対の内側固定電極121b,122bは、一対の可動電極102a,102b間に各々配置された第2の内側固定電極122bと第1の内側固定電極121bとから構成されている。
The pair of
また、一側の一対の可動電極101a,101b及び他側の一対の可動電極102a,102bは、重錘体101の長手方向に対して垂直方向に配置されている。また、一側電極セルA1と他側電極セルA2とは、重錘体101の長手方向に対して軸対称に配置されている。
Further, the pair of
また、一側における第1の外側固定電極111aと第1の内側固定電極111bとが接続されているとともに、第2の外側固定電極112aと第2の内側固定電極112bとが接続され、他側における前記第1の外側固定電極121aと第1の内側固定電極121bとが接続されているとともに、第2の外側固定電極122aと第2の内側固定電極122bとが接続されている。
In addition, the first outer fixed
また、一側における第1の外側固定電極111aと第2の内側固定電極112bとが、第1の可動電極101aを介して対向配置され、第2の外側固定電極112aと第1の内側固定電極111bとが、第2の可動電極101bを介して対向配置されている。
Further, the first outer fixed
さらに、他側における第1の外側固定電極121aと第2の内側固定電極122bとが、第1の可動電極102aを介して対向配置され、第2の外側固定電極122aと第1の内側固定電極121bとが、第2の可動電極102bを介して対向配置されている。
Further, the first outer fixed
なお、上述した実施例1においては、X軸方向の加速度を検出するために、重錘体の長手方向がX軸方向に配置されている場合について説明したが、重錘体の長手方向をY軸方向に配置すれば、Y軸方向の加速度が検出できることは明らかである。 In the above-described first embodiment, the case where the longitudinal direction of the weight body is arranged in the X-axis direction in order to detect the acceleration in the X-axis direction has been described. Obviously, if it is arranged in the axial direction, acceleration in the Y-axis direction can be detected.
図6(a)乃至(c)は、図5に示した実施例1における可動電極及び固定電極間の静電容量の関係を説明するための図で、図6(a)は上面図、図6(b)は図6(a)のC−C’線断面図、図6(c)は図6(a)のD−D’線断面図である。 6A to 6C are diagrams for explaining the relationship of capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the first embodiment shown in FIG. 5, and FIG. 6A is a top view, FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along the line CC 'in FIG. 6 (a), and FIG. 6 (c) is a cross-sectional view taken along the line DD' in FIG. 6 (a).
図中符号CL1,CL2,CL5,CL6は、可動電極101a及び可動電極102aと外側固定電極111a及び外側固定電極121aとの間に形成される容量、CL3,CL4,CL7,CL8は、可動電極101b及び可動電極102bと内側固定電極111b及び内側固定電極121bとの間に形成される容量、CR1,CR2,CR5,CR6は、可動電極101a及び可動電極102aと内側固定電極112b及び内側固定電極122bとの間に形成される容量、CR3,CR4,CR7,CR8は、可動電極101b及び可動電極102bと外側固定電極112a及び外側固定電極122aとの間に形成される容量を示している。
In the figure, symbols C L1 , C L2 , C L5 , and C L6 are capacitances formed between the
加速度がかかっていない時(G=0)は、(CL1+CL2+・・・・+CL8)−(CR1+CR2+・・・・+CR8)=0となり、オフセットに対しマッチングが取れ、かつ、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった時(G≠0)は、CL1,CL2,CL3,CL4,CR1,CR2,CR3,CR4においては検出軸と垂直な加速度に対しては不感であり、CL5=CR7,CR5=CL7,CL6=CR8,CR6=CL8であるから(CL5+CL6+・・・・+CL8)−(CR5+CR6+・・・・+CR8)=0となり、この構成は他軸感度に対して有効であることが分かる。 When acceleration is not applied (G = 0), (C L1 + C L2 +... + C L8 ) − (C R1 + C R2 +... + C R8 ) = 0, and matching with the offset can be obtained. When acceleration is applied in the direction perpendicular to the detection axis (G ≠ 0), the detection axis is not detected in C L1 , C L2 , C L3 , C L4 , C R1 , C R2 , C R3 , C R4 . It is insensitive to vertical acceleration, and C L5 = C R7 , C R5 = C L7 , C L6 = C R8 , C R6 = C L8 (C L5 + C L6 +... + C L8 ) − (C R5 + C R6 +... + C R8 ) = 0, which indicates that this configuration is effective for the sensitivity of other axes.
上述したように、実施例1の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を提供することができる。この構造において、他軸感度が小さくするようにした静電容量型加速度センサ及びそれを用いた静電容量型加速度装置を提供することができる。 As described above, in the capacitive acceleration sensor according to the first embodiment, by optimizing the arrangement of the fixed electrode, the capacitance of the fixed electrode facing the movable electrode is accelerated in the direction perpendicular to the detection axis. In this case, an electrode arrangement pattern structure that does not cause capacitance change can be provided. In this structure, it is possible to provide a capacitive acceleration sensor in which the other-axis sensitivity is reduced and a capacitive acceleration device using the same.
図7は、本発明の実施例1に係る静電容量型加速度センサを用いた静電容量型加速度装置を説明するためのブロック図である。図7に示されている静電容量型加速度センサは、図6において説明したような静電容量型加速度センサ100と同じ構造を有している。
FIG. 7 is a block diagram for explaining a capacitive acceleration device using the capacitive acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention. The capacitive acceleration sensor shown in FIG. 7 has the same structure as the
ドライブ回路91は、CV変換回路92aへCL1,CL2,CL5,CL6及びCL3,CL4,CL7,CL8にチャージされた電荷Qを渡し、また、CV変換回路92bへCR1,CR2,CR5,CR6及びCR3,CR4,CR7,CR8にチャージされた電荷Qを渡すためのもので、可動電極101に接続されている。このQの変化をCV変換回路92a,92bは電圧変換する。X軸方向に加速度が印加され、CL1,CL2,CL5,CL6及びCL3,CL4,CL7,CL8と、CR1,CR2,CR5,CR6及びCR3,CR4,CR7,CR8に容量変化が起きた時、CV変換回路92a,92bを通して、CL1,CL2,CL5,CL6及びCL3,CL4,CL7,CL8と、CR1,CR2,CR5,CR6及びCR3,CR4,CR7,CR8の容量差を差動増幅器93で出力として取り出す。この出力がX軸方向の加速度出力となる。
The
このように、上述した実施例1における静電容量型加速度センサを用いて、センサの出力信号から信号処理回路を介して加速度を検出する静電容量型加速度装置を実現することができる。 As described above, it is possible to realize the capacitive acceleration device that detects the acceleration from the output signal of the sensor through the signal processing circuit by using the capacitive acceleration sensor in the first embodiment.
図8は、本発明に係る静電容量型加速度センサの実施例2を説明するための構成図で、図中符号200は、本実施例2に係る静電容量型加速度センサ、この静電容量型加速度センサ200は、一側電極セルB1と他側電極セルB2とからなる電極セル構造Bを、重錘体201の長手方向に沿って複数連続的に配列した構造を備えている。
FIG. 8 is a configuration diagram for explaining a second embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. In FIG. 8,
一側電極セルB1は、基板210上に弾性部材(図示せず)を介して設けられた重錘体201に一体的に構成された櫛歯状の可動電極201aと、この可動電極201aと対向配置された櫛歯状の固定電極211,212とを備えている。
The one-side electrode cell B1 includes a comb-like
つまり、一側電極セルB1は、重錘体201の一側に設けられた可動電極201aと、この可動電極201aを挟むように配置された一方の第1の固定電極(L)211と、可動電極201aを挟むように配置された他方の第2の固定電極(R)212とで構成されている。
That is, the one-side electrode cell B1 includes a
また、他側電極セルB2は、基板210上に弾性部材(図示せず)を介して設けられた重錘体201に一体的に構成された櫛歯状の可動電極202aと、この可動電極202aと対向配置された櫛歯状の固定電極221,222とを備えている。
The other electrode cell B2 includes a comb-like
つまり、他側電極セルB2は、重錘体201の他側に設けられた可動電極202aと、この可動電極202aを挟むように配置された一方の第1の固定電極(L)221と、可動電極202aを挟むように配置された他方の第2の固定電極(R)222とで構成されている。
That is, the other-side electrode cell B2 is movable with the
また、一側の可動電極201a及び他側の可動電極202aは、重錘体201の長手方向に対して垂直方向に配置され、一側電極セルB1と他側電極セルB2とは、重錘体201の長手方向に対して軸対称に配置されている。
The
また、一側における第1の固定電極211と第2の固定電極212とは、可動電極201aを介して対向配置され、他側における第1の固定電極221と第2の固定電極222とは、可動電極202aを介して対向配置されている。
Further, the first
なお、上述した実施例2においては、X軸方向の加速度を検出するために、重錘体の長手方向がX軸方向に配置されている場合について説明したが、重錘体の長手方向をY軸方向に配置すれば、Y軸方向の加速度が検出できることは明らかである。 In the above-described second embodiment, the case where the longitudinal direction of the weight body is arranged in the X-axis direction in order to detect the acceleration in the X-axis direction has been described. Obviously, if it is arranged in the axial direction, acceleration in the Y-axis direction can be detected.
上述した実施例2における静電容量型加速度センサを用いて、センサの出力信号から信号処理回路を介して加速度を検出する静電容量型加速度装置を実現することができる。 Using the capacitive acceleration sensor according to the second embodiment described above, it is possible to realize a capacitive acceleration device that detects acceleration from the output signal of the sensor via a signal processing circuit.
上述したように、実施例2の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、上述したように、実施例1の静電容量型加速度センサにおいて、固定電極の配置を最適にすることで、可動電極に対向する固定電極の容量が、検出軸に垂直な方向に加速度がかかった際に、容量変化を起こさない電極配置パターン構造を提供することができる。この構造において、他軸感度が小さくするようにした静電容量型加速度センサ及びそれを用いた静電容量型加速度装置を提供することができる。 As described above, by optimizing the arrangement of the fixed electrodes in the capacitive acceleration sensor of the second embodiment, as described above, the arrangement of the fixed electrodes in the capacitive acceleration sensor of the first embodiment is changed. By optimizing, it is possible to provide an electrode arrangement pattern structure in which the capacitance of the fixed electrode facing the movable electrode does not change when the acceleration is applied in the direction perpendicular to the detection axis. In this structure, it is possible to provide a capacitive acceleration sensor in which the other-axis sensitivity is reduced and a capacitive acceleration device using the same.
22 シリコン基板
24 ポリシリコンビーム
26A乃至26D アンカ
28,32 細い足
34 横断中心部材
36,38 ビームフィンガ
42,44 静止部材
62A乃至62D セル
80 静電容量型加速度センサ
81 基板
82 重錘体(おもり)
83 弾性部材(バネ)
84 アンカ(支柱部材)
85 可動電極
86 固定電極
91 ドライブ回路
92a,92b CV変換回路
93 差動増幅器
100,200 静電容量型加速度センサ
101,201 重錘体
103 弾性部材
110,210 基板
101a,101b,201a 一側の可動電極
111a,111b,112a,112b,211,212 一側の固定電極
102a,102b,202a 他側の可動電極
121a,121b,122a,122b,221,222 他側の固定電極
A1,B1 一側電極セル
A2,B2 他側電極セル
A,B 電極セル構造
22
83 Elastic member (spring)
84 Anchor (support member)
85
Claims (14)
前記重錘体の一側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された一側電極セルと、
前記重錘体の他側に設けられた一対の可動電極と、該一対の可動電極の外側に各々配置された一対の外側固定電極と、前記一対の可動電極間に各々配置された一対の内側固定電極とで構成された他側電極セルとを備え、
前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成したことを特徴とする静電容量型加速度センサ。 Capacitance provided with a comb-like movable electrode integrally formed on a weight body provided via an elastic member on a substrate, and a comb-like fixed electrode arranged opposite to the movable electrode Type acceleration sensor
A pair of movable electrodes provided on one side of the weight body, a pair of outer fixed electrodes respectively disposed outside the pair of movable electrodes, and a pair of inner sides disposed between the pair of movable electrodes A one-side electrode cell composed of a fixed electrode;
A pair of movable electrodes provided on the other side of the weight body, a pair of outer fixed electrodes respectively disposed outside the pair of movable electrodes, and a pair of inner sides disposed between the pair of movable electrodes. The other electrode cell composed of a fixed electrode and
A capacitive acceleration sensor comprising an electrode cell structure composed of the one-side electrode cell and the other-side electrode cell.
前記他側電極セルの前記一対の可動電極が、前記重錘体の他側に設けられた第1の可動電極と第2の可動電極とからなり、前記一対の外側固定電極が、前記一対の可動電極の外側に各々配置された第1の外側固定電極と第2の外側固定電極とからなり、前記一対の内側固定電極が、前記一対の可動電極間に各々配置された第2の内側固定電極と第1の内側固定電極とから構成されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の静電容量型加速度センサ。 The pair of movable electrodes of the one-side electrode cell includes a first movable electrode and a second movable electrode provided on one side of the weight body, and the pair of outer fixed electrodes is the pair of outer fixed electrodes. A first inner fixed electrode and a second outer fixed electrode respectively disposed outside the movable electrode, and the pair of inner fixed electrodes are disposed between the pair of movable electrodes, respectively. An electrode and a first inner fixed electrode;
The pair of movable electrodes of the other electrode cell includes a first movable electrode and a second movable electrode provided on the other side of the weight body, and the pair of outer fixed electrodes is the pair of outer fixed electrodes. A first inner fixed electrode and a second outer fixed electrode respectively disposed outside the movable electrode, and the pair of inner fixed electrodes are disposed between the pair of movable electrodes, respectively. 4. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, 2, or 3, comprising an electrode and a first inner fixed electrode.
前記他側における前記第1の外側固定電極と前記第1の内側固定電極とが接続されているとともに、前記第2の外側固定電極と前記第2の内側固定電極とが接続されていることを特徴とする請求項4に記載の静電容量型加速度センサ。 The first outer fixed electrode and the first inner fixed electrode on the one side are connected, and the second outer fixed electrode and the second inner fixed electrode are connected,
The first outer fixed electrode and the first inner fixed electrode on the other side are connected, and the second outer fixed electrode and the second inner fixed electrode are connected. The capacitive acceleration sensor according to claim 4, wherein:
前記重錘体の一側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第1の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第2の固定電極とで構成された一側電極セルと、
前記重錘体の他側に設けられた可動電極と、該可動電極を挟むように配置された一方の第1の固定電極と、前記可動電極を挟むように配置された他方の第2の固定電極とで構成された他側電極セルと、
前記一側電極セルと前記他側電極セルとで電極セル構造を構成したことを特徴とする静電容量型加速度センサ。 Capacitance provided with a comb-like movable electrode integrally formed on a weight body provided via an elastic member on a substrate, and a comb-like fixed electrode arranged opposite to the movable electrode Type acceleration sensor
A movable electrode provided on one side of the weight body, one first fixed electrode arranged to sandwich the movable electrode, and the other second fixed electrode arranged to sandwich the movable electrode A one-side electrode cell composed of electrodes,
A movable electrode provided on the other side of the weight body, one first fixed electrode disposed so as to sandwich the movable electrode, and the other second fixed member disposed so as to sandwich the movable electrode. The other electrode cell composed of electrodes,
A capacitive acceleration sensor comprising an electrode cell structure composed of the one-side electrode cell and the other-side electrode cell.
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