JP2017181501A - 傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供する。【解決手段】気圧の変動を検出し、検出方向に沿って所定の距離を離して配置される少なくとも二つの気圧変動センサ５１、５２と、少なくとも二つの気圧変動センサ５１、５２によって検出された気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜情報を計測する傾斜情報生成部とを備え、気圧変動センサ５１、５２は、空気が流入するキャビティと空気をキャビティの内外に流通させる連通孔とを有し、キャビティの内外の圧力差に基づいてキャビティ外部の気圧変動を検出し、少なくとも二つの気圧変動センサ５１、５２の内の少なくとも一方が、連通孔の形状を変更する出力特性調整機構を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法に関する。

従来より、計測対象物の角度や水平度などの傾斜情報を計測する技術が知られている（特許文献１、及び特許文献２）。例えば、特許文献１には、計測対象物の少なくとも３箇所に配置された絶対圧センサの出力に基づいて、計測対象物の傾斜情報を検出する方法が開示されている。また、特許文献２には、回転運動する物体に取り付けられた少なくとも２つの加速度センサの出力に基づいて、物体の傾斜情報を検出する方法が開示されている。

特開２０１０−２６１７９８号公報 特開２０１５−２８４８９号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の課題がある。即ち、特許文献１に記載の技術では、一般に検出精度の低い絶対圧センサにより検出された気圧に基づいて傾斜情報を検出しているため、例えば、計測対象物の大きさによっては傾斜情報の検出精度が十分に得られない場合がある。

また、特許文献２に記載の技術では、加速度センサを使用しているため、例えば計測対象物が加速運動している場合に傾斜情報の検出精度が得られない場合がある。

このような課題を克服するため、微小な圧力変動を測定できる気圧変動センサを複数用い、各々の気圧変動センサが計測する気圧変動状況から各々の高さ変動を換算し、これに基づいて傾斜情報を検出する方法が考えられる。しかし、この方法では、複数の気圧変動センサの出力特性を近似させないと、精度よく傾斜情報を検出できないという課題がある。

そこで本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することを目的とする。

本発明の傾斜情報計測装置は、気圧の変動を検出し、検出方向に沿って所定の距離を離して配置される、少なくとも二つの気圧変動センサと、
前記少なくとも二つの気圧変動センサによって検出された前記気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜角の変動に関する情報を示す傾斜変動情報を生成する傾斜変動情報生成部と、
前記計測対象物が静止している状態における前記計測対象物の傾斜情報を、静止傾斜情報として検出する静止傾斜センサと、
前記静止傾斜センサによって検出された前記静止傾斜情報と、前記傾斜変動情報生成部によって生成された前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出する傾斜情報検出部と、を備え、
前記少なくとも二つの気圧変動センサのうちの少なくとも一方に、前記気圧の変動に対する出力信号を調整する出力特性調整部を備えることを特徴とする。

また、上記発明にあっては、
前記気圧変動センサは、
圧力伝達媒体が流入するキャビティを有するセンサ本体と、
前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、
前記キャビティ内外の差圧に応じた前記気圧変動情報を検出する気圧変動検出部と、を備え、
前記出力特性調整部は、
前記連通孔の一部を形成するギャップ形成部と、
前記ギャップ形成部の変位量を制御し、前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性を近似させるギャップ制御部と、を備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に変位する可動電極部を有する静電型アクチュエータを備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に変位する圧電アクチュエータを備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に弾性変形して変位するメンブレン機構の変位量を制御する電磁アクチュエータを備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部が前記気圧の変動に応じて変形する方向に変位する可動電極部を有するアクチュエータを備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向と、前記気圧変動検出部が前記気圧の変動に応じて変形する方向との二方向に変位する可動電極部を有するアクチュエータを備えると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記計測対象物が静止しているか否かを判定する静止判定部を備え、
前記傾斜情報検出部は、前記静止判定部により前記計測対象物が静止していると判定された場合に、前記静止傾斜センサによって検出された前記静止傾斜情報と、前記傾斜変動情報生成部によって生成された前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出すると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記計測対象物の傾斜情報の初期値を記憶する記憶部を備え、
前記傾斜情報検出部は、
前記静止判定部によって前記計測対象物が静止していると判定された場合に、前記静止傾斜情報を前記初期値として前記記憶部に記憶させ、
前記記憶部が記憶する前記初期値と、前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出するとともに、検出した当該計測対象物の傾斜情報を前記初期値として前記記憶部に記憶させると好適である。

また、上記発明にあっては、
前記気圧変動センサは、
前記キャビティを有するセンサ本体と、
前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記気圧変動情報を検出する気圧変動検出部と
を備えると好適である。

また、本発明の気圧変動センサの調整方法にあっては、
気圧の変動を検出し、検出方向に沿って所定の距離を離して配置される、少なくとも二つの気圧変動センサと、前記少なくとも二つの気圧変動センサによって検出された前記気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜情報を計測する傾斜情報計測部と、を備える傾斜情報計測装置に用いる気圧変動センサの調整方法であって、
空気が流入するキャビティと、前記空気を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に基づいて検出する外部の気圧変動に対する、前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性を計測する出力特性計測ステップと、
前記少なくとも二つのうちの少なくとも一方が備える、前記連通孔の形状を変化するギャップ形成部を有する出力特性調整機構によって、前記出力特性計測ステップによって計測された前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性が一致するように調整する調整ステップと、
を含むことを特徴とする。

また、上記気圧変動センサの調整方法では、
前記出力特性計測ステップにおいて、前記出力特性として、前記キャビティ外部の気圧変動に対する前記気圧変動センサの出力信号の位相差を計測し、
前記調整ステップにおいて、前記少なくとも二つの気圧変動センサの前記位相差が所定の範囲内になるように、前記出力特性調整機構によって調整すると好適である。

また、上記気圧変動センサの調整方法では、
前記調整ステップにおいて、前記少なくとも二つの気圧変動センサの前記出力信号の振幅値が所定の範囲内になるように、前記出力特性調整機構によって調整すると好適である。

このように本発明によって、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。

第１実施形態に係る傾斜情報計測装置の一例を示す外観図である。 第１実施形態に係る傾斜情報計測装置の一例を示すブロック図である。 第１実施形態に係る傾斜変動センサの一例を示すブロック図である。 第１実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第１実施形態における気圧変動センサの検出回路の一例を示すブロック図である。 第１実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第１実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第１実施形態における気圧変動センサのギャップ形成部の動作の一例を示す図である。 第１実施形態における気圧変動センサの出力信号の一例を示す図である。 第１実施形態における気圧変動センサの動作の一例を示す図である。 第１実施形態における傾斜変動センサの動作の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態における傾斜変動センサの水平時（静止時）における出力信号の一例を説明する図である。 第１実施形態における傾斜変動センサの傾斜時における出力信号の一例を説明する図である。 気圧変動センサのギャップ幅と周波数特性との関係を説明する図である。 第１実施形態における気圧変動センサの調整方法の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る傾斜情報計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第２実施形態に係る気圧変動センサの調整方法の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第４実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第１実施形態の変形例１における気圧変動センサの動作の一例を示す図である。 第１実施形態の変形例２における気圧変動センサの一例を示す構成図である。 第５実施形態における気圧変動センサの一例を示す構成図である。

以下、本発明に係る傾斜情報計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明における実施形態は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１から図３を参照して、第１実施形態に係る傾斜情報計測装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る傾斜情報計測装置１の一例を示す外観図である。また、図２は、本実施形態に係る傾斜情報計測装置１の一例を示すブロック図である。また、図３は、本実施形態における傾斜変動センサ４０の一例を示すブロック図である。

なお、本実施形態において、傾斜情報計測装置１は大気圧中での傾斜を計測する装置であり、本実施形態での圧力伝達媒体は空気とする。

図１、図２に示すように、傾斜情報計測装置１は、電源部３１と、静止傾斜センサ３２と、静止判定部３３と、記憶部３４と、制御部３５と、傾斜変動センサ４０を備えている。また、傾斜変動センサ４０は、通信部４１と、傾斜変動情報生成部４２と、二つの気圧変動センサ５１及び５２とを備えている。

なお、本実施形態において、気圧変動センサ５１と気圧変動センサ５２とは、ほぼ同一の構成であるが、気圧変動センサ５２のみに出力特性調整機構が付加されている。

本実施形態に係る傾斜情報計測装置１は、測定対象物に設置され、測定対象物の傾斜情報を検出する。ここで、計測対象物の傾斜情報には、計測対象物の傾斜角θ、水平度、傾斜の有無を示す情報などが一例として挙げられる。本実施形態では、傾斜情報計測装置１が、計測対象物の傾斜角θを検出する例について説明する。

傾斜情報計測装置１は、例えば、図１に示すように、電源部３１と、静止傾斜センサ３２と、静止判定部３３と、記憶部３４と、制御部３５と、傾斜変動センサ４０とが一つの基板に実装されており、例えば数〜十数ｃｍ規模のサイズに実装可能である。

また、本実施形態では、傾斜情報計測装置１が検出する傾斜角θの検出方向を、図１に示すＹ軸周りの回転方向とし、高度の方向をＺ軸方向として説明する。

電源部３１は、傾斜情報傾斜装置１を動作させるための電源電圧を生成し、生成した電源電圧を各部に供給する。

静止傾斜センサ３２は、例えば、加速度センサを使用した傾斜センサ等であり、計測対象物が静止している状態における計測対象物の傾斜角θ（静止傾斜角θｓ）を、静止傾斜情報として検出する。静止傾斜センサ３２は、検出した計測対象物の傾斜角θ（静止傾斜角θｓ）を制御部３５に出力する。

静止判定部３３は、計測対象物が静止しているか否かを判定する。ここで、測定対象物とは、例えば、人体、自転車、バイク、自動車等の移動可能な移動体である。例えば、計測対象物が、その測位情報を取得する測位システム、例えばＧＰＳシステム等を搭載している場合には、静止判定部３３は、ＧＰＳシステムによって取得された測位情報の変化に基づいて、計測対象物が静止している否かを判定する。この場合、静止判定部３３は、例えば、ＧＰＳシステムによって取得された計測対象物の位置が所定の期間変化しない場合に、計測対象物が静止していると判定する。

また、例えば、静止判定部３３は、加速度センサによって取得された加速度に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定する。この場合、加速度センサからの出力信号に対してフィルタリングを行い、所定の遮断周波数以上の出力信号を取り出すことで、重力加速度の影響を排除し、計測対象物の動きのみを示す加速度情報を取り出すことができる。

この場合、静止判定部３３は、例えば、所定の遮断周波数以上の加速度情報が、所定の期間、所定閾値以下にある場合に、計測対象物が静止していると判定する。

また、例えば、計測対象物が、移動速度を取得する速度計等を有する移動体である場合には、静止判定部３３は、速度計によって取得された移動速度に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定する。この場合、静止判定部３３は、例えば、速度計によって取得された移動速度を取得し、所定の期間、移動速度でゼロである場合に、計測対象物が静止していると判定する。

また、例えば、計測対象物が、自動車などの車輪駆動によって移動可能な移動体である場合には、静止判定部３３は、車輪の駆動状態に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定する。すなわち、静止判定部３３は、車輪の回転の有無を示す回転有無情報を計測対象物から取得して、その回転有無情報に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定する。

この場合、静止判定部３３は、例えば、回転有無情報が、所定の期間、「回転なし」である場合に、計測対象物が静止しているか否かを判定する。

静止判定部３３は、計測対象物が静止しているか否かを示す判定結果を制御部３５に出力する。

なお、静止判定部３３は、上述した計測対象物の静止の判定方法のいずれか一つによって、計測対象物が静止しているか否かを判定してもよいし、複数の判定方法を組み合わせて判定してもよい。

また、静止判定部３３を用いず、静止傾斜センサ３２の出力に低い遮断周波数でのローパスフィルターを接続して、このフィルター出力を静止傾斜角θｓとしてもよい。ローパスフィルターの働きにより、静止しているかどうかに関わらず重力加速度のみを取り出すことができ、おおよその静止傾斜角θｓを求めることが可能となる。

傾斜変動センサ４０は、図１，図３に示すように、通信部４１と、傾斜変動情報生成部４２と、二つの気圧変動センサ５１、５２とを備えている。

気圧変動センサ５１、５２は、気圧の変動を検出する差圧センサである。気圧変動センサ５１及び５２とは、検出方向（Ｙ軸周りの回転方向に対して高度差があるＸ軸方向）に沿って所定の距離（例えば、距離Ｄ）を離して配置されている。気圧変動センサ５１及び５２は、検出した気圧の変動を例えば検出信号（気圧変動情報）として、傾斜変動情報生成部４２に出力する。なお、傾斜変動センサ４０の構成の詳細および気圧変動センサ５１、５２の構成の詳細については、後述する。

また、本実施形態において、説明の便宜上、気圧変動センサが二つである場合の一例について説明するが、傾斜変動センサ４０は、３個以上の気圧変動センサを備えるようにしてもよい。すなわち、傾斜変動センサ４０は、少なくとも二つの気圧変動センサを備えるものとする。

通信部４１は、傾斜変動センサ４０と制御部３５との間で、各種情報の授受を行うインターフェース部である。通信部４１は、たとえば、後述する傾斜変動情報生成部４２が生成した傾斜変動情報（高度変動情報ΔＨＤ）を制御部３５に送信する。

気圧変動情報生成部４２は、少なくとも２つの気圧変動センサ（例えば気圧変動センサ５１及び５２）によって検出された気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜角の変動に関する情報を示す傾斜変動情報を生成する。例えば、傾斜変動情報生成部４２は、２つの気圧変動情報に基づいて、二つの気圧変動センサ５１、５２の高度差の変動を示す高度変動情報を、上述した傾斜変動情報として生成する。

例えば、傾斜変動情報生成部４２は、気圧変動センサ５１が検出した検出信号（気圧変動情報）と、気圧変動センサ５２が検出した検出信号（気圧変動情報）との差分（気圧変動情報の差分情報ΔＰ）を算出する。この気圧変動情報の差分情報ΔＰは、気圧変動センサ５１と気圧変動センサ５２との高度差に対応する。傾斜変動情報生成部４２は、気圧変動情報の差分情報ΔＰを、例えば、変換テーブル等を利用して、高度変動情報ΔＨＤを生成する。

記憶部３４は、傾斜情報計測装置１が使用する各種情報を記憶する。記憶部３４は、例えば、計測対象物の傾斜情報の初期値（傾斜角初期値θ０）、二つの気圧変動センサ５１、５２との距離Ｄ等を記憶する。

制御部３５（傾斜情報検出部の一例）は、例えば、ＣＰＵ等を含むプロセッサであり、傾斜情報計測装置１を統括的に制御する。制御部３５は例えば、傾斜情報計測装置１の起動時に、静止判定部３３から計測対象物が静止しているか否かを示す判定結果を取得して、計測対象物が静止したと判定されるまで当該処理を繰り返す。制御部３５は、計測対象物が静止したと判定された場合に、静止傾斜センサ３２から取得した静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）を、傾斜各初期値θ０として、記憶部３４に記憶させる。

また、制御部３５は、記憶部３４が記憶する傾斜角初期値θ０と、傾斜変動情報（高度変動情報ΔＨＤ）とに基づいて、計測対象物の傾斜角θを検出する。例えば、制御部３５は、傾斜角初期値θ０を、上述した二つの気圧変動センサ５１、５２との距離Ｄと傾斜変動情報（高度変動情報ΔＨＤ）とに基づいて、現在の計測対象物の傾斜角θを算出する。すなわち、制御部３５は、例えば、静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ＝傾斜角初期値θ０）と、上述した所定の距離を示す距離情報（距離Ｄ）と、高度変動情報ΔＨＤとに基づいて、計測対象物の傾斜角θを検出する。

このように、制御部３５は、例えば、静止判定部３３によって計測対象物が静止していると判定された場合に、静止傾斜センサ３２によって検出された静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）と、傾斜変動情報生成部４２によって生成された傾斜変動情報（高度変動情報ΔＨＤ）とに基づいて、計測対象物の傾斜角θを検出する。なお、制御部３５による計測対象物の傾斜角θの算出処理の詳細については、後述する。

また、制御部３５は、計測対象物の傾斜角θを検出した後に、記憶部３４が記憶する傾斜角初期値θ０を更新する。すなわち、制御部３５は、検出した当該計測対象物の傾斜角θを新たな初期値（傾斜角初期値θ０）として、記憶部３４に記憶させる。

次に、図４、図５を参照して、本実施形態における気圧変動センサ５１の詳細な構成について説明する。

図４は本実施形態による気圧変動センサ５１の一例を示す構成図である。

図４（ａ）は、本実施形態における気圧変動センサ５１の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った気圧変動センサ５１の断面図である。

図４に示すように、気圧変動センサ５１は、表裏の圧力差に応じて変形するカンチレバー４と、一端がカンチレバー４と対向するように配設された蓋部１２と、カンチレバー４の変位を測定するための気圧変動検出部５と、カンチレバー４と蓋部１２の一面に配設されたキャビティ筐体３と、を有している。

キャビティ筐体３（センサ本体の一例）は、内部にキャビティ１０が形成された箱状の部材である。キャビティ筐体３は、例えば、キャビティ１０を構成するセラミック材よりなる第一筐体部３ａと、第一筐体部３ａ上に配置され、かつ後述のシリコン支持層２ａ及びシリコン酸化膜等の酸化層２ｂよりなる第二筐体部３ｂとを有している。

カンチレバー４は例えば、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂ、及びシリコン活性層２ｃを熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板２を加工することで形成されている。具体的には、カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２を構成するシリコン活性層２ｃよりなり、平板状のシリコン活性層２ｃから平面視コ字状に形成されたギャップ１３を切り出した形状からなる。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを固定端とし、蓋部１２と対向する側の端部である先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造となる。

また、カンチレバー４は、キャビティ筐体３に形成されたキャビティ１０の上面を囲うように配置されている。つまり、カンチレバー４は、キャビティ１０の開口を略閉塞している。カンチレバー４は、基端部４ａを介してキャビティ筐体３に第二筐体部３ｂ上に対して一体的に固定されることで、片持ち支持される。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを固定端としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差（差圧）に応じた撓み変形が可能となる。

このように、カンチレバー４は、空気をキャビティ１０の内外に流通させるギャップ１３（連通孔）を除くキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。

なお、カンチレバー４の基端部４ａには、カンチレバー４が撓み変形しやすいように、平面視コ字状の貫通孔１５が形成される。ただし、この貫通孔１５の形状は、カンチレバー４の撓み変形を容易にする形状ならば、上記コ字状に限定されるものではない。

蓋部１２は、キャビティ１０上方に位置し、ギャップ１３を介してカンチレバー４の周囲に配置されている。当該蓋部１２は、シリコン活性層２ｃで構成される。

気圧変動検出部５は、外部から加わる応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗２０と、この電気抵抗値変化を取り出す検出回路２２から構成されている。

ピエゾ抵抗２０は、図４に示すように、Ｙ方向において、貫通孔１５を挟んだ両側に対となって配置される。これら一対のピエゾ抵抗２０は、導電性材料からなる配線部２１を介して相互に電気的に接続されている。

なお、この配線部２１及びピエゾ抵抗２０を含む全体的な形状は、例えば、図４に示すように平面視Ｕ字状とすることができるが別の配置形状としてもよい。

検出回路２２は、ピエゾ抵抗２０と接続され、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化に基づいた信号を出力する回路である。検出回路２２は、例えば、図５に示すように、ブリッジ回路及び増幅回路で構成される。すなわち、検出回路２２は、ピエゾ抵抗２０と、固定抵抗Ｒｏ、可変抵抗Ｒｏ’を用いて、ブリッジ回路２２１を構成することで、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値の変化を電圧変化として取り出すことができる。

そして検出回路２２は、この電圧変化を、例えば、差動増幅回路２２２により所定のゲインで増幅して出力する。

なお、上記のピエゾ抵抗２０は、例えば、イオン注入法や拡散法等の各種によりリンやホウ素等のドープ剤（不純物）をシリコン活性層２ｃにドーピングすることで形成される。また、ドープ剤は、シリコン活性層２ｃ表面近傍のみに添加される。このため、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値の変化は、カンチレバー４に加わる応力の圧縮／伸長の方向に対して正負逆となる。

また、一対のピエゾ抵抗２０間は、配線部２１のみで電気的に導通するように構成されている。このため、カンチレバー４のうち配線部２１近傍におけるシリコン活性層２ｃは、配線部２１以外でピエゾ抵抗２０双方が導通しないよう、エッチング等によりシリコン活性層２ｃを除去して形成した溝部１６を有している。なお、上記の配線部２１近傍におけるシリコン活性層２ｃは、部分的に不純物をドープされることで、エッチングを省略した構成としてもよい。

次に、本実施形態における気圧変動センサ５２の詳細な構成について説明する。

図６は、本実施形態における気圧変動センサ５２の一例を示す平面図であり、図７は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った気圧変動センサ５２の断面図である。なお、前述の気圧変動センサ５１と同様の構成については、詳細な説明を省略する。

図６、図７に示すように、気圧変動センサ５２は、上述の気圧変動センサ５１同様の構成であるカンチレバー４と、蓋部１２と、気圧変動検出部５と、キャビティ筐体３とを有し、これに加え、出力特性調整機構を備えている。出力特性調整機構は、ＳＯＩ基板２に形成されたギャップ形成部６と、ギャップ制御部７（不図示）とを有している。

ギャップ形成部６は、例えば、静電アクチュエータであって、２つの櫛歯型の第一および第二の固定電極部６１、６２と、平板状の第三電極部６３と、可動電極部６４と、可動電極部６４に弾性力を作用させる板ばね部６５と、板ばね部６５を支持する固定部６６とを有している。

可動電極部６４は、２つの櫛歯型の第一及び第二固定電極部６１、６２に噛みあうように配置される櫛歯型の２つの第一及び第二電極部６４ａ、６４ｂを備え、キャビティ筐体３に固定された第三固定電極部６３に積層されるようにして配置されている。可動電極部６４は、先端部６４ｃとカンチレバー４の先端部４ｂとの間にギャップ１３を形成している。

板ばね部６５は、可動電極部６４と固定部６６とに接続され、可動電極部６４を所定の基準位置に維持するようにして可動電極部６４に弾性力を作用させる。所定の基準位置は、たとえば、可動電極部６４の先端部６４ｃを、所定距離をおいてカンチレバー４の先端部４ｂに対向配置させるとともに、可動電極部６４を、積層方向に所定距離をおいて第三固定電極部６３に対向配置させる位置である。なお、可動電極部６４と板ばね部６５と固定部６６とは電気的にも接続されている。

可動電極部６４は、板ばね部６５の弾性力に抗うように作用する第一固定電極部６１と第一電極部６４ａとの間の静電力によって、カンチレバー４の先端部４ｂに対向配置された先端部６４ｃをカンチレバー４の先端部４ｂに向かい近接させるように変位可能である。

また、可動電極部６４は、板ばね部６５の弾性力に抗うように作用する第二固定電極部６２と第二電極部６４ｂとの間の静電力によって、先端部６４ｃをカンチレバー４の先端部４ｂから離間させるように変位可能である。また、可動電極部６４は、板ばね部６５の弾性力に抗うように作用する可動電極部６４と第三固定電極部６３との間の静電力によって、第三固定電極部６３に向かい近接および接触するように変位可能である。

ギャップ制御部７は、所定値記憶部７１と、比較回路７２と、処理回路７３と、駆動回路７４と、駆動回路７４から出力される信号（駆動出力）に応じて通電が制御される第一〜第三電圧可変直流電源７５ａ、７５ｂ、７５ｃとを有する。

所定値記憶部７１は、例えば、気圧変動センサ５２の周波数特性の目標値である下限周波数（所定値）を記憶している。

比較回路７２は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値と、所定値記憶部７１に記憶されている所定値とを比較し、比較結果（例えば、気圧変動センサ５１、５２の出力差等）を出力する。

処理回路７３は、比較回路７２から出力されて比較結果に基づき、ギャップの幅を所定記憶部７１によって記憶されている所定値に応じたギャップ１３の幅になるよう制御を行う。そして、この所定値に応じたギャップ１３の幅に制御するために必要とされる指令値（例えば、可動電極部６４の先端部６４ｃとカンチレバー４の先端部４ｂとの間に設けられたギャップ１３の幅に対する指令値等）を出力する。つまり、この指令値は、ギャップ１３の幅及びギャップ１３を流通する圧力伝達媒体の流量を、所定値に基づいて算出された規定値にすることを指示する。

なお、処理回路７３は、指令値が所定の上限値もしくは下限値を超えた場合、制御不可のエラー信号等を出力する。

駆動回路７４は、処理回路７３から出力された指令値に応じてギャップ形成部６を作動させるための信号（駆動出力）を出力する。より、詳細には、第一〜第三電圧可変直流電源７５ａ、７５ｂ、７５ｃからギャップ形成部６への通電を指示する信号によって可動電極部６４の変位を制御する。

次に、出力特性調整機構の動作について図８を用いて説明する。

図８は気圧変動センサ５２が有する出力特性調整機構（ギャップ形成部及びギャップ制御部）の動作を説明する断面図である。

図８（ａ）に示すように、第一電圧可変直流電源７５ａは、第一固定電極部６１と、可動電極部６４とに接続されている。第一電圧可変直流電源７５ａは、第一固定電極部６１と可動電極部６４との間に所定電圧を印加することによって、第一固定電極部６１と可動電極部６４の第一電極部６４ａとの間に静電引力を発生させ、可動電極部６４の先端部６４ｃがカンチレバー４の先端部４ｂに向かい近接するように可動電極部６４を変位させる。

図８（ｂ）に示すように、第二電圧可変直流電源７５ｂは、第二固定電極部６２と可動電極部６４とに接続されている。第二電圧可変直流電源７５ｂは、第二固定電極部６２と可動電極部６４との間に所定電圧を印加することによって、第二固定電極部６２と可動電極部６４の第二電極部６４ｂとの間に静電引力を発生させ、可動電極部６４の先端部６４ｃがカンチレバー４の先端部４ｂから離間するように可動電極部６４を変位させる。

図８（ｃ）に示すように、第三電圧可変直流電源７５ｃは、可動電極部６４と第三固定電極部６３とに接続されている。第三電圧可変直流電源７５ｃは、可動電極部６４と第三固定電極部６３との間に静電引力を発生させ、可動電極部６４が第三固定電極部６３に向かい近接および接触するように可動電極部６４を変位させる。

これらによって、駆動回路７４は、可動電極部６４の先端部６４ｃとカンチレバー４の先端部４ｂとの間に設けられたギャップ１３の幅を制御できる。ギャップ１３の幅は、所定値記憶部７１に記憶されている所定値に基づいて設定されるギャップ幅に制御される。

さらに、駆動回路７４は、可動電極部６４を第三固定電極部６３に接触させることによって、カンチレバー４に対する可動電極部６４の相対位置を固定する。

なお、上述した気圧変動センサ５１、５２は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、非常に薄型化（例えば数から数百ｎｍ厚）、高精度な寸法精度を維持して製造しやすい。したがって、気圧変動センサ５０は、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

次に、図面を参照して、本実施形態による傾斜情報計測装置１の動作について説明する。

まず、図９及び図１０を参照して、本実施形態における気圧変動センサ５１、５２の動作について説明する。

ここでは、計測対象物の高度が変化することで、大気（空気）の圧力が変化した場合のカンチレバー４の動作と、その時の検出回路２２の出力特性について説明する。なお、以下の説明において、空気の圧力波、以下、外圧Ｐｏｕｔと表記することとする。

外圧Ｐｏｕｔは、カンチレバー４のキャビティ筐体３への配設面と対向する面（すなわち、図４における上面）側の圧力である。また、キャビティ１０内部の圧力を内圧Ｐｉｎと定義する。

図９は、本実施形態における気圧変動センサ５１、５２の出力信号の一例を示す図である。ここで、図９（ａ）は、外圧Ｐｏｕｔおよび内圧Ｐｉｎの経時変化を示しており、図９（ｂ）は、検出回路２２の出力信号の経時変化を示している。

また、図１０は、本実施形態における気圧変動センサ５１、５２の動作の一例を示す図であり、図４に示す気圧変動センサ５１の、図６及び７に示す気圧変動センサ５２のカンチレバー４の動作の一例を模式的に示す断面図である。

ここで、図１０（ａ）は、初期状態のカンチレバー４の断面図を示し、図１０（ｂ）は、外圧Ｐｏｕｔが内圧Ｐｉｎより高い状態のカンチレバー４の断面図を示している。また、図１０（ｃ）は、キャビティ１０内外の圧力が同じに戻った状態のカンチレバー４の断面図を示している。また、図１０において、検出回路２２の図示を省略する。

まず、図９（ａ）における時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、内圧Ｐｉｎは急激に変化できず、差圧ΔＰが生じるため、図１０（ｂ）に示すように、カンチレバー４は、キャビティ１０内部に向けて撓み変形する。すると、カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に応力が加わり、電気抵抗値が変化するので、図９（ｂ）に示すように、検出回路２２の出力信号が増大する。

また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体（空気）が徐々に流動する。このため、図９（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは、時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔに遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。

その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、図９（ｂ）に示すように、上述の出力信号が徐々に低下する。

そして、図９（ａ）に示す時刻ｔ３以降の期間Ｄのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔと同じになると、図１０（ｃ）に示すように、カンチレバー４の撓み変形が解消され、図１０（ａ）に示す初期状態に復帰する。さらに、図９（ｂ）に示すように、検出回路２２の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。

なお、検出回路２２の出力信号は初期状態における基準電圧と、ピエゾ抵抗２０の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー４に加わる差圧ΔＰがゼロの場合の、図５に示したブリッジ回路２２１の分圧点Ｖａと分圧点Ｖｂとの電圧差を作動増幅回路２２２で増幅した電圧値となる。

さらに、気圧変動センサ５１、５２では、外圧Ｐｏｕｔが非常に緩やかに変化する場合、ギャップ１３による圧力伝達媒体（空気）の流動制限機能が作用せず、内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔとほぼ同じ圧力値となり、差圧ΔＰが発生しない。本実施形態では、これを逆に利用し、外圧Ｐｏｕｔが非常に遅い変化速度の場合（例えば、気象変化のような気圧変化の場合）、外圧Ｐｏｕｔの変化を無視することが可能となる。よって、傾斜現象とは無縁の気象変化のような気圧変化をノイズとして除去することが可能となる。

次に、図１１を参照して、上述した気圧変動センサ５１、５２を備える傾斜変動センサ４０の動作について説明する。

図１１は、本実施形態における傾斜変動センサ４０の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、計測対象物に装着された傾斜情報計測装置１が、上述したＸ軸が傾斜した（Ｙ軸周りに回転した）場合、二つの気圧変動センサ５１、５２に大気圧（上述した外圧Ｐｏｕｔ）が変化する（ステップＳ１０１）。

すると、気圧変動センサ５１のキャビティ１０内部の内圧である内圧Ｐｉｎは、ステップＳ１０１における外圧Ｐｏｕｔの変化に追従するように変化する（ステップＳ１０２）。

ここで、ギャップ１３は、キャビティ１０内外を連通する連通孔として機能するため、カンチレバー４の表裏に加わる差圧に応じて、高圧側から低圧側へと圧力伝達媒体である空気が移動する。ただし、空気の移動が微小なギャップ１３によって規制されているため、内圧Ｐｉｎは、外圧Ｐｏｕｔの変化に応じて急激に変化することはなく、外圧Ｐｏｕｔの変化に対して遅れて追従することとなる。

次に、カンチレバー４表裏面には、上述の外圧Ｐｏｕｔの変化に対する内圧Ｐｉｎの遅れによって、圧力差（以下、差圧ΔＰ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）が発生する（ステップＳ１０３）。その結果、カンチレバー４は、差圧ΔＰの大きさに応じて撓み変形する（ステップＳ１０４）。

次に、カンチレバー４が撓み変形すると、カンチレバー４の基端部４ａに受けられたピエゾ抵抗２０に応力が加わり（ステップＳ１０５）、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値が変化する（ステップＳ１０６）。ここで、検出回路２２は、ピエゾ抵抗２０へ電流を流すことで、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値の変化を検出し、当該電気抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する（ステップＳ１０７）。

次に、傾斜変動情報生成部４２は、二つの気圧変動センサ５１、５２によって検出された二つの検出信号に基づいて、高度変動情報ΔＨＤを生成する（ステップＳ１０８）。

上述したように、傾斜変動センサ４０は、二つの気圧変動センサ５１、５２の検出信号に基づいて、高度変動情報ΔＨＤを生成するが、その生成処理について、図１２、図１３を参照して説明する。

図１２は、本実施形態による傾斜変動センサ４０の水平時（静止時）における出力信号の一例を説明する図である。

図１２（ａ）において、傾斜情報計測装置１は、計測対象物に取り付けされており、傾斜対象物が水平に静止している場合の状態を示している。また、図１２（ｂ）は、計測対象物が水平に静止している場合における二つの気圧変動センサ５１、５２の出力信号（検出信号）を示している。

図１２（ｂ）に示すグラフの縦軸は出力電圧を示し、横軸は時間を示している。

また、図１２（ｂ）において、波形Ｖ１１が気圧変動センサ５１の出力信号を示し、波形Ｖ２１が気圧変動センサ５２の出力信号を示し、波形Ｄｉｆｆ１は波形Ｖ１１と波形Ｖ２１の差を示している（Ｄｉｆｆ１＝Ｖ１１−Ｖ２１）。

図１２において、計測対象物が静止しているため、気圧変動センサ５１の出力信号（波形Ｖ１１）、気圧変動センサ５２の出力信号（波形Ｖ２１）、その差分（波形Ｄｉｆｆ１）は、すべて“０”になっている。なお、この状態は、計測対象物が水平であることに限らず、傾斜している状態であっても同様である。

次に、図１３は、本実施形態による傾斜変動センサ４０の傾斜時における出力信号の一例を示す説明図である。

ここでは、図１２に示す状態から図１３に示す状態に計測対象物が傾斜した場合の一例である。

図１３（ａ）において、傾斜情報計測装置１は、計測対象物がプリント基板ＰＢの中点を中心、かつＹ軸周りに傾斜角θだけ傾斜（回転）している場合の状態を示している。また、図１３（ｂ）は、計測対象物の傾斜時における二つの気圧変動センサ５１、５２の出力信号（検出信号）を示している。

図１３（ｂ）に示すグラフの縦軸は出力電圧を示し、横軸は時間を示している。

また、図１３（ｂ）において、波形Ｖ１２が気圧変動センサ５１の出力信号を示し、波形Ｖ２２が気圧変動センサ５２の出力信号を示し、波形Ｄｉｆｆ２は波形Ｖ１２と波形Ｖ２２の差を示している（Ｄｉｆｆ２＝Ｖ１２−Ｖ２２）。

プリント基板ＰＢが傾斜すると、気圧変動センサ５１、５２は、それぞれ高度が変化するため、各気圧変動センサ５１、５２周囲の気圧が変化し、出力が変化する。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、気圧変動センサ５１の出力信号（波形Ｖ１２）と、気圧変動センサ５２の出力信号（波形Ｖ２２）とは、符号が反転した波形となり、その差分である波形Ｄｉｆｆ２は、波形Ｖ１２より大きく変動した検出値となる。

ここで、波形Ｄｉｆｆ２は、計測対象物（プリント基板ＰＢ）が傾斜したことによる気圧変動センサ５１、５２の高さの変化分（高度変動情報ΔＨＤ）に対応する信号である。したがって、傾斜変動情報生成部４２は、気圧変動センサ５１の検出値と、気圧変動センサ５２の検出値との差分（波形Ｄｉｆｆ２）を算出し、算出した当該差分（波形Ｄｉｆｆ２）に基づいて高度変動情報ΔＨＤを生成する。

なお、例えば、気圧変動センサ５２を中心にして回転した場合は、気圧変動センサ５２の高度は不変なので、気圧変動センサ５２の出力信号は“０”のままで、気圧変動センサ５１の出力信号のみ変化する。この場合も、傾斜変動情報生成部４２は、気圧変動センサ５１の検出値と、気圧変動センサ５２の検出値との差分を算出することで、同一の高度変動情報ΔＨＤを得ることができる。

ここで、図１３を参照して、本実施形態による傾斜角θの検出原理について説明する。

図１３（ａ）に示すように、気圧変動センサ５１、５２との高度差ΔＨ、気圧変動センサ５１、５２との間の距離Ｄ、Ｘ軸方向の傾斜角θである場合に、下記の式（１）の関係が成り立つ。

また、この式（１）を変形すると、傾斜角θは、以下の式（２）により算出することができる。

なお、図１３に示す例は、水平状態からの傾斜であるため、気圧変動センサ５１、５２との高度差ΔＨ（＝高度変動情報ΔＨＤ）であるが、傾斜した状態で停止していた場合には、上記の式（２）では対応できない場合がある。

そのため、本実施形態による制御部３５は、以下のように傾斜角θを算出する。

まず、制御部３５は、傾斜した静止状態における二つの気圧変動センサ５１、５２の高度差ΔＨ０を、傾斜角初期値θ０（静止傾斜角θｓ）に基づいて算出する。制御部３５は、例えば、上述した式（１）を変形した下記の式（３）と、傾斜角初期値θ０と、距離Ｄとに基づいて、静止時（前回算出時）の高度差ΔＨ０を算出する。

次に、制御部３５は、傾斜変動情報生成部４２が生成した高度変動情報ΔＨＤを、通信部４１を介して取得し、静止時の高度差ΔＨ０に高度変動情報部ΔＨＤを加算した値を、高度差ΔＨとして、下記の式（４）を用いて傾斜角θを算出する。

以上により、気圧変動センサ５１、５２の検出信号に基づいて、高度変動情報ΔＨＤを生成することができる。

上述したように、気圧変動センサ５１、５２の検出信号に基づいて、高度変動情報ΔＨＤを生成するが、このとき、気圧変動センサ５１、５２の出力特性をほぼ等しくする必要がある。気圧変動センサ５１、５２との出力特性が異なると、二つの検出信号の差分信号には気圧や高度変動によらない出力特性の差が重畳することとなる。

これを高度変化ひいては傾斜度変化と誤認することになり、傾斜角測定機能に誤差が生じるためである。

そこで、気圧変動センサ５１、５２の出力特性を可能な限り一致させるため、気圧変動センサ５２の出力特性調整機構を用いる。

もともと、気圧変動センサ５１、５２は外圧Ｐｏｕｔが非常にゆっくりとした気圧変動を検知しにくい特性を有し、外気圧Ｐｏｕｔの変動周波数が低くなるにつれて、検出回路から出力信号が得られにくくなる。気圧変動センサ５１、５２の出力特性は、図１４に示すように、ハイパスフィルターに類似した周波数特性を有する。

この周波数特性は、キャビティ１０内部の容量と、キャビティ１０内外の差圧によってギャップ１３を流動する圧力伝達媒体の流量とによって定まる（特許第５７７８６１９号公報・参照）。

つまり、出力特性調整機構であるギャップ形成部６及びギャップ制御部７の動作により、圧力伝達媒体の流動量を制御できるため、気圧変動センサ５２の周波数特性を制御することができる。

この出力特性調整方法の原理について、図１４を用いて説明する。

図１４は、上述した本実施形態の気圧変動センサ５２の出力信号の周波数特性を示したグラフである。図１４中、破線は出力特性調整機構であるギャップ形成部６及びギャップ制御部７が動作していない場合、実線はギャップ形成部６及びギャップ制御部７が動作して、ギャップ１３を広げるよう制御した場合と、狭めるよう制御した場合との周波数特性について示している。

まず、気圧変動センサ５２は、前述の気圧変動センサ５１同様、キャビティ１０外部の外圧Ｐｏｕｔが変動した場合に生じるキャビティ１０内部の内圧Ｐｉｎと外圧Ｐｏｕｔとの差圧ΔＰに応じて出力信号を生成する。

すなわち、気圧変動センサ５２は、前述の気圧変動センサ５１同様、時刻ｔ１で外圧Ｐｏｕｔが上昇すると、内圧Ｐｉｎはこれに遅れて上昇し、この時の差圧ΔＰ（＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）に応じてカンチレバーが変形することとなる。

ここで、気圧変動センサ５２では、可動電極部６４の先端部６４ｃがカンチレバー４の先端部４ｂに向かい近接するようにして可動電極部６４を変位することができる。すると、その間隙であるギャップ１３の幅が狭まり、キャビティ１０の外部と内部との間を流動する圧力伝達媒体の流動量を抑制することができる。

すると、キャビティ１０内部の内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔよりさらに遅れて変化することとなり、差圧ΔＰの発生する時間を長くすることができる。同時に外圧Ｐｏｕｔが非常にゆっくり変化する場合でも、キャビティ１０内部の内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔより遅れて変化することになるため、差圧ΔＰが発生する。このため、低い周波数での外圧Ｐｏｕｔでも気圧変動センサ５２の出力信号が得られることとなる。

すなわち、出力特性調整機構であるギャップ形成部６及びギャップ制御部７を用いることで、圧力伝達媒体の流動量を制御できるため、気圧変動センサ５２の周波数特性を低周波数側へ変化させることができる（図１４中、狭制御）。

また、可動電極部６４の先端部６４ｃがカンチレバー４の先端部４ｂに対して離れるようにして可動電極部６４を変位させると、ギャップ１３の幅が広がり、圧力伝達媒体の流動量が大きくなる。このため、キャビティ内部の内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔに対して遅れ時間が短くなり、外圧Ｐｏｕｔが早く変動しないと気圧変動センサ５２の出力が得られなくなる。したがって、ギャップ制御部７を用いて、ギャップ形成部６を逆方向に動作させると、気圧変動センサ５２の周波数特性を高周波数側へ変化させることも可能となる（図１４中、拡大制御）。

以上により、出力特性調整機構を利用して、気圧変動センサ５２の周波数特性を任意に制御することが可能となる。また、気圧変動センサ５１、５２の周波数特性（図１４中、横軸方向の特性）を合わせた後、各々の出力信号の振幅値が異なる場合、気圧変動センサ５２の処理回路７３から検出回路２２の増幅率を調整して、気圧変動センサ５１の出力信号の振幅と一致させる。これにより、気圧変動センサ５２の周波数特性（特に下限周波数）を、気圧変動センサ５１の周波数特性にほぼ一致させることができる。

そして、気圧変動センサ５１、５２の出力特性の差を抑制できるため、傾斜情報計測装置１では高度変動情報ΔＨＤが高度差の影響のみを検出することができ、高精度に傾斜度を測定することが可能となる。

上述した二つの気圧変動センサ５１、５２の各々の周波数特性を近似させる気圧変動センサの調整方法について、図１５を用いて詳細に説明する。

図１５は、本実施形態における気圧変動センサ５１、５２の出力特性を近似させる調整方法の一例を示すフローチャートである。

調整に用いる構成として、例えば、次のような構成があげられる。外気圧の変動から遮断され、密閉された調整装置に二つの気圧変動センサ５１、５２を内蔵する。調整装置は、任意の周波数で気圧変動を生成することのできるポンプに接続されており、ポンプの動作によって調整装置内部の気圧が変動する構成とする。

まず、調整装置に接続されたポンプを駆動し（ステップＳ３０１）、所定の周波数、気圧変動幅で調整装置内部の気圧を変動させる。そして、ポンプを駆動させるポンプ駆動信号の周波数を徐々に低減する（ステップＳ３０２）。

次いで、ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５１の出力信号との位相差を比較し、所定値以下であるか判定する（ステップＳ３０３、出力特性計測ステップ）。ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５１の出力信号との位相差が所定値以上である場合（ステップＳ３０３：Ｎ）、処理をステップＳ３０２に戻る。ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５１の出力信号との位相差が所定値以下となった場合（ステップＳ３０３：Ｙ）、ポンプ駆動信号の周波数低下を停止し、一定周波数で駆動する。この時の気圧変動センサ５１の出力信号の振幅値を記憶する（ステップＳ３０４）。

次に、ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が所定範囲内であるか判定する（ステップＳ３０５）。位相差が所定範囲外である場合（ステップＳ３０５：Ｎ）、出力特性調整機構を制御し（ステップＳ３０６）、処理をステップＳ３０５に戻る。このとき、ポンプ駆動信号の周波数が低下するにつれて、ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５２の出力信号との位相差は増加する特性を、気圧変動センサは有する。

このため、位相差が大きい場合は、ギャップ形成部６及びギャップ制御部７を用いて、ギャップ１３の幅を狭く、逆に位相差が小さい場合は、ギャップ１３の幅を広く制御する（調整ステップ１）。

位相差が所定範囲内である場合（ステップＳ３０５：Ｙ）、処理をステップＳ３０７に進める。

次に、記憶した気圧変動センサ５１の出力信号の振幅値と、気圧変動センサ５２の出力信号の振幅値とを比較し、気圧変動センサ５２の検出回路２２の増幅率を変更する（ステップＳ３０７、調整ステップ２）。

次に、気圧変動センサ５１、５２の出力信号の差分を測定、所定範囲内か判定を行い（ステップＳ３０８）、所定範囲内であれば、処理を終了し、出力特性調整機構内の所定値記憶部７１に最終的に記憶されたギャップ設定情報（ギャップ幅、増幅率等）を維持する。所定範囲外であれば（ステップＳ３０８：Ｎ）、エラー表示などのエラー処理を行う（ステップＳ３０９）。

以上の調整手法により、気圧変動センサ５１、５２の出力特性を近似させることができるため、二つの気圧変動センサ５１、５２で傾斜情報計測装置１を構成すると、同じ高度変化に対して同じ出力信号を得ることができる。このため、二つの気圧変動センサが検出した高度変化量から高精度に傾斜度を計測することが可能となる。

なお、調整ステップ１及び２両方を必ずしも調整する必要はない。例えば、傾斜変動情報生成部４２が高度変動情報ΔＨを生成する場合に、個々の気圧変動センサ５１、５２の出力信号に重みをつけて差分計算することで、気圧変動センサ５１、５２の特性の差を排除することができる。

次に図１６を参照して、傾斜情報計測装置１の動作について説明する。

図１６は、本実施形態による傾斜情報計測装置１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、傾斜情報計測装置１の制御部３５は、計測対象物が静止状態であるか否かの有無判定を実行する（ステップＳ２０１）。すなわち、制御部３５は、静止判定部３３に、例えば、計測対象物が静止状態であるか否かを問い合わせる信号を送信する。静止判定部３３は、計測対象物が静止状態であるか否かの判定を実行し、当該判定結果を制御部３５に送信する。

次に、制御部３５は、静止判定部３３から取得した判定結果に基づいて、計測対象物が静止状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。制御部３５は、計測対象物が静止状態である場合（ステップＳ２０２：Ｙ）、処理をステップＳ２０３に進める。また、制御部３５は、計測対象物が静止状態でない場合（ステップＳ２０２：Ｎ）、処理をステップＳ２０１に戻し、ステップＳ２０１及びステップ２０２の処理を、計測対象物が静止状態になるまで繰り返す。

ステップＳ２０３において、制御部３５は、静止傾斜センサ３２から静止傾斜度（静止傾斜角θｓ）を取得する。

次に、制御部３５は、初期傾斜度（傾斜角初期値θ０）を設定する（ステップＳ２０４）。すなわち、制御部３５は、取得した静止傾斜度（静止傾斜角θｓ）を、初期傾斜度（傾斜角初期値θ０）として、記憶部３４に記憶させる。

次に、制御部３５は、傾斜度変動を計測する（ステップＳ２０５）。ここで、傾斜変動センサ４０の傾斜変動情報生成部４２は気圧変動センサ５１の検出値と、気圧変動センサ５２の検出値との差分を算出し、算出した当該差分に基づいて、高度変動情報ΔＨＤを生成する。制御部３５は、傾斜変動情報生成部４２が生成した高度変動情報ΔＨＤを、傾斜変動情報として、傾斜変動センサ４０から取得する。

次に、制御部３５は、傾斜度（傾斜角θ）を算出する（ステップＳ２０６）。制御部３５は、まず、記憶部３４が記憶する初期傾斜度（傾斜角初期値θ０）を取得し、上述した式（３）を用いて、静止時、または前回前回算出した傾斜角θに対応する高度差ΔＨ０を算出する。次に、制御部３５は、取得した高度変動情報ΔＨＤと、算出した当該高度差ΔＨ０とに基づいて、傾斜角算出用の高度差ΔＨ（＝ΔＨ０＋ΔＨＤ、累積高度差）を算出する。そして、制御部３５は、上述した式（４）を用いて、現在の傾斜度（傾斜角θ）を算出する。

なお、制御部３５は、算出した現在の傾斜角θを、新たな初期傾斜度（傾斜角初期値θ０）として、記憶部３４に記憶させる。

次に、制御部３５は、計測を継続するか否かを判定する（ステップＳ２０７）。制御部３５は、計測を継続する場合（ステップＳ２０７：Ｙ）、処理をステップＳ２０５に戻す。また、制御部３５は、計測を継続しない場合（ステップＳ２０７：Ｎ）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、少なくとも二つの変動センサ５１、５２と、傾斜変動情報生成部４２と、静止傾斜センサ３２と、静止判定部３３と、制御部３５（傾斜情報検出部）とを備えている。

そして、少なくとも二つの気圧変動センサ５１、５２は気圧の変動を検出し、所定の距離を離して配置されている。また、一方の気圧変動センサ５２は、他方の気圧変動センサ５１の周波数特性とほぼ一致するよう、調整されている。傾斜変動情報生成部４２は、少なくとも二つの気圧変動センサ５１、５２によって検出された気圧の変動を示す気圧変動情報（例えば、検出信号）に基づいて、計測対象物の傾斜角の変動に関する情報を示す傾斜変動情報を生成する。

静止傾斜センサ３２は、計測対象物が静止状態における計測対象物の傾斜情報を、静止傾斜情報として検出する。静止判定部３３は、計測対象物が静止しているか否かを判定する。そして、制御部３５は、静止判定部３３によって計測対象物が静止していると判定された場合に静止傾斜センサ３２によって検出された静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）と、傾斜変動情報生成部４２によって生成された傾斜変動情報とに基づいて、測定対象物の傾斜情報（傾斜角θ）を検出する。

これにより、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、計測対象物が静止している状態における静止傾斜センサ３２から取得した静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）と、高精度に検出可能な気圧変動センサ５１、５２を利用して生成された傾斜変動情報とに基づいて計測対象物の傾斜情報（傾斜角θ）を計測するため、傾斜情報の検出精度を向上させることができる。

例えば、気圧変動センサ５１、５２を利用して計測対象物の傾斜情報（傾斜角θ）を検出するため、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、計測対象物が加速運動している場合であっても、高精度に傾斜情報を計測することができる。さらに、ほぼ同一の出力特性を有する気圧変動センサ５１、５２を用いるため、双方の高度に対する検出信号の差分を傾斜と誤認することなく、高精度に傾斜情報を計測することもできる。

また、例えば、絶対圧センサ（気圧センサ）では、高度の検出精度は、数ｃｍ程度である。そのため、絶対圧センサを使用した従来技術では、絶対圧センサを例えば１ｍ話して配置して傾斜を計測したとしても、数度程度の計測程度となる。

これに対して、本実施体系による傾斜情報計測装置１は、１ミリメートル程度の高度差を検出可能であるため、数から十数ｃｍの間隔に、気圧変動センサ５１、５２を配置すれば、絶対圧センサを使用した従来技術よりも高精度な計測精度を実現できる上、傾斜情報計測装置１のサイズを大幅に縮小することができる。

また、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、計測対象物の傾斜情報の初期値を記憶する記憶部３４を備えている。制御部３５は、静止判定部３３によって計測対象物が静止していると判定された場合に、静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）を初期値（傾斜角初期値θ０）として記憶部３４に記憶させる。

そして、制御部３５は、記憶部３４が記憶する初期値（傾斜角初期値θ０）と、傾斜変動情報とに基づいて、計測対象物の傾斜情報（傾斜角θ）を検出するとともに、検出した当該計測対象物の傾斜情報を初期値（傾斜角初期値θ０）として記憶部３４に記憶させる。

これにより、初期値（傾斜角初期値θ０）を記憶部３４に記憶させて毎回更新することで、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、静止判定部３３による静止状態の判定と、静止傾斜センサ３２による静止傾斜情報（静止傾斜角θｓ）の取得とを、計測の度に毎回実行する必要がない。よって、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、計測対象物が加速運動している場合であっても、測定不可能な期間を低減しつつ、高精度に傾斜情報を計測することができる。

また、本実施形態では、傾斜変動情報生成部４２は、少なくとも二つの気圧変動情報に、基づいて、少なくとも二つの気圧変動センサの高度差の変動を示す高度変動情報（ΔＨＤ）を、傾斜変動情報として生成する。制御部３５は、静止傾斜情報と、所定の距離（距離Ｄ）を示す距離情報と、高度変動情報（ΔＨＤ）とに基づいて、計測対象物の傾斜情報（傾斜角θ）を検出する。

これにより、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、例えば、式（３）と式（４）に基づいて、簡易な演算により、高精度に傾斜情報を算出することができる。また、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、積分による演算処理を必要としないため、誤差の蓄積がなく、傾斜情報（傾斜角θ）の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、静止判定部３３は、計測対象物の測位情報を取得する測位システム（例えば、ＧＰＳシステム）によって取得された測位情報の変化に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定する。また、計測対象物は移動可能であり、移動速度を取得速度検出機構によって取得された移動速度に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定してもよい。また、計測対象物は車輪の駆動によって移動可能な移動体であり、静止判定部３３は、車輪の駆動状態に基づいて、計測対象物が静止しているか否かを判定してもよい。

このように、計測対象物が備えている機構を利用して、計測対象物が静止しているか否かを判定することで、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、自装置で計測対象物が静止していることを検出する手段を備える必要がなく、自装置の構成を簡略化することができる。

また、本実施形態では、気圧変動センサ５１、５２は、空気が流入するキャビティ１０を有するキャビティ筐体３（センサ本体）と、カンチレバー４と、気圧変動検出部５とを備えている。カンチレバー４は、空気をキャビティ１０の内外に流通させるギャップ１３（連通孔）を除くキャビティ１０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。気圧変動検出部５は、カンチレバー４の撓み変形に応じた気圧変動情報を検出する。

これにより、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、カンチレバー４の撓み変形に応じた抵抗値変化に基づいて、圧力変化（高度変化）をより正確に検出することができるため、傾斜情報の検出精度を向上させることができる。なお、半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、本実施形態による傾斜情報計測装置１では、カンチレバー４を非常に薄型化（例えば数から数百ｎｍ厚）することができる。よって、本実施形態による傾斜情報計測装置１では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

つまり、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。
（変形例１）
本変形例では、カンチレバーの厚さ方向の変形に対して、可動電極を厚さ方向の位置を調整する構成および方法について、説明する。

例えば製造工程等においてカンチレバー４が厚さ方向に変形した場合について、図２１を用いて説明する。差圧ΔＰがゼロの場合、カンチレバー４は変形しているため、ギャップ１３が設計値よりも広がった状態になる（図２１（ａ）参照）。ここで、Ｐｏｕｔ＞Ｐｉｎの差圧が発生すると、ギャップは徐々に狭くなり、可動電極とカンチレバー先端部が最も近接し、そこから徐々に広がることとなる（図２１（ｂ）参照）。逆方向の差圧の場合は、ギャップは広がる方向にのみ変化する（図２１（ｃ）参照）ことから、同じ差圧でもその方向によって、キャビティを移動する空気流量が異なることとなる。このため、差圧の方向で気圧変動センサの感度が異なってしまい、カンチレバーが変形していない気圧変動センサと感度を一致させることができなくなる。

このため、気圧変動センサ５２の可動電極６４の位置制御を利用して、カンチレバーの厚さ方向の変形による感度差を抑制する構成は、図６に示す気圧変動センサ５２と同じである。可動電極部６４の厚さ方向の位置決め構成を図２２を用いて説明する。

製造時で変形したカンチレバー４の変形量に応じて、可動電極６４を厚さ方向に移動する。厚さ方向の移動は第三電圧可変直流電源７５ｃを用いる。

可動電極部６４と第三固定電極部６３とに接続された第三電圧可変直流電源７５ｃは、可動電極部６４と第三固定電極部６３との間に静電力を発生させる。可動電極部６４が第三固定電極部６３との間に発生する力と、可動電極部を支持する板ばね部６５の剛性とにより可動電極部６４を厚さ方向に位置決めする。このときの可動電極部６４の厚さ方向の位置は、カンチレバー４先端部４ｂの厚さ方向の位置に合わせて維持する。

これにより、差圧ΔＰの方向が異なっていても、差圧ΔＰの絶対値が大きくなるほどギャップ１３が広がることになり、差圧ΔＰの方向による感度差を解消することができる。

以上により、カンチレバーの変形があっても差圧方向による感度差が発生せず、気圧変動センサ５１と５２の感度を一致させることができる。これにより、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。
（変形例２）
本変形例では、カンチレバーの厚さ方向の変形とギャップ幅のばらつき両方に対応して、可動電極を２方向での位置を調整する方法について、説明する。なお、構造は、前述の第１実施形態の気圧変動センサ５２と同様の構造である。

前述の第１実施形態および変形例１に示したように、製造時にギャップの幅の仕上がり寸法にはばらつきがあり、カンチレバーの剛性が低いため、設計形状から変形して製造されてしまうことがある。この両方による影響を排除して、２つの気圧変動センサを同じ特性に調整して維持する必要がある。そこで、可動電極６４の位置決めを第一〜第三電圧可変直流電源７５ａ、７５ｂ、７５ｃを用いて、カンチレバー４の変形を予め測定するなどして把握したギャップ幅を設計値に変更することができる。

可動電極６４でギャップの幅を制御するときは、図８に示すように、第一及び第二電圧可変直流電源７５ａ、７５ｂを用い、カンチレバー４の厚さ方向の変形に対応する時は、図２２に示すように、第三電圧可変直流電源７５ｃを用いて、ギャップ幅を設計値に変更、維持する。これにより、可動電極６４は２方向に位置決めすることができ、カンチレバーの厚さ方向の変形とギャップ幅のばらつきによる感度差を解消することができる。

以上により、カンチレバーの変形とギャップ幅のばらつき両方があっても、これによる感度差が発生せず、気圧変動センサ５１と５２の感度を一致させることができる。これにより、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る傾斜情報計測装置１について説明する。

なお、本実施形態による傾斜情報計測装置１は、出力特性調整機構を有する気圧変動センサ５２を二つで傾斜変動センサ４０を構成し、気圧変動センサ５２のギャップ可動部６に圧電アクチュエータを用いる。なお、本実施形態による傾斜情報計測装置１と同様の構成については、ここでは説明を省略する。

本実施形態の気圧変動センサ５２の構成について、図１７を用いて説明する。

図１７（ａ）は、本実施形態における気圧変動センサ５２の一例を示す平面図であり、図１７（ｂ）は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った気圧変動センサ５２の断面図である。

図１７に示すように、気圧変動センサ５２は、第一実施形態の気圧変動センサ５２同様の構成であるカンチレバー４と、蓋部１２と、気圧変動検出部５と、キャビティ筐体３と、出力特性調整機構とを備えている。出力特性調整機構は、ギャップ形成部６と、ギャップ制御部７とを有している。

本実施形態におけるギャップ形成部６は、例えば、圧電アクチュエータであって、圧電薄膜６７と、圧電薄膜６７の対向する側面に設けられた１対の電極部６７ａ、６７ｂとを有している。

圧電薄膜６７は、ＳＯＩ基板２の酸化層２ｂ上に設けられた電極６７ｂの上面に設けられており、さらに圧電薄膜６７の上面に電極部６７ａが設けられている。圧電薄膜６７の先端部６７ｃとカンチレバー４の先端部４ｂとの間にギャップ１３を形成している。

圧電薄膜６７は、電極部６７ａ、６７ｂとの電位差により発生する逆圧電効果によって伸縮し、先端部６７ｃをカンチレバー４の先端部４ｂに対して接近／離間する方向に変位可能である。

ギャップ制御部７は、前述の第１実施形態同様、所定値記憶部７１と、比較回路７２と、処理回路７３と、駆動回路７４と、駆動回路７４から出力される信号（駆動出力）に応じて通電が制御される電圧可変直流電源７５ａとを有する。

駆動回路７４は、処理回路７３から出力された指令値に応じてギャップ形成部６を作動させるための信号（駆動出力）を出力する。より詳細には、電圧可変直流電源７５ａからギャップ形成部６への通電を指示する信号によって、圧電薄膜６７の変位を制御する。

以上の構成により、上述の第１実施形態同様、ギャップ１３の寸法を任意に制御することが可能となる。

次に、二つの気圧変動センサ５２で傾斜変動センサ４０を構成するための、気圧変動センサ５２の出力特性調整方法について、図１８を用いて詳細に説明する。

図１８は、本実施形態における二つの気圧変動センサ５２の出力特性を近似させる調整方法の一例を示すフローチャートである。

上述の第１実施形態同様、外気圧の変動から遮断され、密閉された調整装置に二つの気圧変動センサ５２を内蔵し、接続されたポンプの動作によって調整装置内部の気圧を変動させる構成を用いる。

本実施形態では、二つの気圧変動センサ５２は、双方で出力調整を行うことができるため、まず、調整目標値を設定する必要がある。

まず、気圧変動センサ５２各々のギャップ制御部７を駆動し、ギャップ１３幅を最小に設定する（ステップＳ４０１）。次に、調整装置に接続されたポンプを駆動し、ポンプを駆動させるポンプ駆動信号の周波数を徐々に低減する（ステップＳ４０２）。

次いで、ポンプ駆動信号と気圧変動センサ５２の出力信号との位相差を比較し、少なくとも一方の気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が所定値以下であるか判定する（ステップＳ４０３）。

ポンプ駆動信号の周波数低下を停止し、ポンプ駆動信号との位相差が所定値以下になった気圧変動センサ５２を判別する（ステップＳ４０４）。

ポンプ駆動信号との他方の気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が所定範囲内か判定する（ステップＳ４０５）。位相差が所定範囲外である場合（ステップＳ４０５：Ｎ）、処理をステップＳ４０６に進める。

ポンプ駆動信号との位相差が所定値以上の、他方の気圧変動センサ５２の出力特性調整機構を駆動し、ギャップ１３を徐々に広くするよう制御する（ステップＳ４０６）。ここでは他方の気圧変動センサ５２の方がギャップ１３の幅が狭いので、ギャップ形成部６及びギャップ制御部７を用いて徐々に広げていく制御を行い、処理をステップＳ４０５に戻す。

ポンプ駆動信号と他方の気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が所定範囲内である場合（ステップＳ４０５：Ｙ）、処理をステップＳ４０７に進める。

次に、二つの気圧変動センサ５２の出力信号の振幅値を比較し、振幅値の小さい気圧変動センサ５２の検出回路２２の増幅率を変更し、振幅値の大きい気圧変動センサ５２の振幅値に近づける（ステップＳ４０７）。

次に、二つの気圧変動センサ５２の出力信号の差分を測定、所定範囲内か判定を行い（ステップＳ４０８）、所定範囲内であれば、処理を終了し、出力特性調整機構内の所定値記憶部７１に最終的に記憶されたギャップ設定情報（ギャップ幅、増幅率等）を維持する。所定範囲外であれば（ステップＳ４０８：Ｎ）、エラー表示などのエラー処理を行う（ステップＳ４０９）。

以上の調整手法により、二つの気圧変動センサ５２の出力特性を近似させることができるため、調整した二つの気圧変動センサ５２で傾斜情報計測装置１を構成すると、同じ高度変化に対して同じ出力信号を得ることができる。このため、二つの気圧変動センサが検出した高度変化量から高精度に傾斜度を計測することが可能となる。

つまり、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。

（変形例３）
本変形例では、別途設定した目標値に対して、気圧変動センサ５２の出力特性を調整する方法について説明する。

まず、傾斜変動センサ４０の設計仕様（例えば、傾斜変動に対する出力値、周波数特性等）から、気圧変動センサ５２の出力特性（例えば、高度変化に対する出力値、周波数特性等）を求める。

次に、ポンプ接続された調整装置内に、複数の気圧変動センサ５２を設置する。

次いで、気圧変動センサ５２の周波数特性から、下限周波数（例えば、高帯域の振幅値から振幅値が３ｄＢ低下した周波数）でポンプを駆動する。

この時のポンプ駆動信号と気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が所定範囲内（一例として、ポンプ駆動信号に対して気圧変動センサ５２の出力信号との位相差が４５度±１度の範囲）になるよう各出力特性調整機構を駆動する。

位相差が所定範囲内に設定した後に、気圧変動センサ５２の振幅値が所定値となるよう各検出回路２２の増幅率を設定する。

このようにすると、複数の気圧変動センサ５２の出力特性を特定の目標値に近似するよう設定することが可能となる。このため、調整作業後の気圧変動センサ５２どれを選択しても、個別の気圧変動センサ５２の出力特性差を誤認することない、高精度の傾斜変動センサ４０を構成することができる。

また、三つの気圧変動センサ５２で２軸の傾斜を測定できる傾斜変動センサ４０を構成する場合にも、出力特性の近似した気圧変動センサ５２三つを容易に用意することができる。このように多軸の傾斜を計測するような傾斜変動センサ４０を構成する場合には、上述の調整方法を用いて、出力特性の近似した気圧変動センサ５２を多数用意することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る傾斜情報計測装置１に用いる気圧変動センサ５２について説明する。

本実施形態による気圧変動センサ５２は、出力特性調整機構にカンチレバー破損防止機構を有する。気圧変動センサ５２は、出力特性調整機構によりギャップ１３幅を可変することで、気圧変動センサ５２の出力特性（周波数特性）を制御することができる。しかし、ギャップ１３幅を調整する際、カンチレバー４に対し可動電極等を近接させるため、カンチレバー４と接触することでカンチレバー４を破損する危険性がある。

このため、出力特性調整機構にカンチレバー破損防止機構を付加し、出力特性調整時に気圧変動センサ５２を破壊することを防止することとする。

本実施形態の気圧変動センサ５２の構成について、一例をあげて説明する。本実施形態の気圧変動センサ５２の構成は、上述の第１実施形態の気圧変動センサ５２とほぼ同一であり、出力特性調整機構に静電アクチュエータを有する。

図１９は本実施形態における気圧変動センサ５２の一例を示す断面図である。

上述の第１実施形態の気圧変動センサ５２と異なる点は、カンチレバー４と可動電極６４と接続された接触検知部８０で構成されたカンチレバー破損防止機構を有する点である。

接触検知部８０は、例えば、電圧計からなり、接続された可変電圧直流電源７５ａ、７５ｂ、７５ｃで電圧が加わる可動電極６４と、可動電極６４と電気的に切断されているカンチレバー４との電圧を計測する。可動電極６４とカンチレバー４とが接触すると、可動電極６４とカンチレバー４との間に電流が流れ、電圧がゼロとなる。これを利用して、可動電極６４とカンチレバー４との接触を検知し、可動電極６４の変位によりカンチレバー４の破損を防止することができ、気圧変動センサ５２を破壊することなく出力特性を調整することが可能となる。

さらに、ギャップ形成部６を構成するアクチュエータの可変範囲を広くすることで、ギャップ形成部６を容易かつ安価に製造することができる。

このように本実施形態によれば、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る傾斜情報計測装置１に用いる気圧変動センサ５２について説明する。なお、本実施形態による気圧変動センサ５２は、カンチレバーを用いず、キャビティとキャビティ外部との差圧を計測する構成である。

図２０を参照して、本実施形態における気圧変動センサ５２の詳細な構成について説明する。図２０は、本実施形態における気圧変動センサ５２の断面図である。

本実施形態における気圧変動センサ５２は、キャビティ筐体３と、キャビティ筐体３内部と外部とを連通する連通孔４１３と、連通孔４１３内壁に設けられた流量センサ４０４と、連通孔４１３に設置された出力特性調整機構とを有している。

流量センサ４０４は、一対の温度センサ４２４ａ、４２４ｂと、双方の温度センサとの間かつ等距離に設置されたヒーター４１４とを有する。流量センサ４０４を通過して流れる流体により、ヒーター４１４からの温度分布は、流体の下流方向に広がる。

このため、上流側と下流側の温度センサ４２４の温度情報の差により、流体の流量を計測することが可能となる。この時の流れはキャビティ内外の差圧によって生じるため、流量を測定することで、前述のカンチレバーを用いた気圧変動センサ同様、外部の圧力変動を測定することができる。

出力特性調整機構は、連通孔４１３の一部を形成するギャップ形成部６と、ギャップ形成部の変位を制御するギャップ制御部７とから構成される。

ギャップ形成部６は、一例をあげると、連通孔４１３を構成する壁面の一部を変形させる電磁アクチュエータである。電磁アクチュエータは、接続されたギャップ制御部７からの制御信号に基づいて、連通孔４１３を構成する壁面の一部を凹凸に変形させる。これにより、キャビティ１０とキャビティ筐体３外部との間を移動する圧力伝達媒体の流量を制御することができる。

これにより、キャビティ外の圧力である外圧Ｐｏｕｔに対して、キャビティ１０内の内圧Ｐｉｎがどれだけ遅れて変化するかを制御することができる。このため、前述のカンチレバーで構成した気圧変動センサ同様、流量センサを用いて構成する気圧変動センサ５２の出力特性（周波数特性）を制御することが可能となる。

このように、本実施形態によれば、計測対象物の傾斜情報を精度よく検出可能な傾斜情報計測装置および気圧変動センサの調整方法を提供することが可能になる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る傾斜情報計測装置１に用いる気圧変動センサ５２について説明する。

本実施形態による気圧変動センサ５２は、出力特性調整機構に２方向に移動可能なアクチュエータを用いて構成する。

前述までの気圧変動センサ５２は、出力特性調整機構によりギャップ１３の幅寸法を可変して制御することができる。しかし、カンチレバーの形状や厚さがわずかに異なった場合、カンチレバー全体の剛性に誤差を生じることとなる。つまり、同じ差圧が加わってもカンチレバー先端の位置が異なることとなる。

このため、出力特性調整機構の可動方向を２方向にし、カンチレバーの変位に応じて動的にギャップ幅を制御し、他方の気圧変動センサ５１の出力特性と一致させることとする。

本実施形態の気圧変動センサ５２の構成について、一例をあげて説明する。

図２３は、本実施形態の気圧変動センサ５２の一例を示す断面図である。なお、平面図は、図１７（ａ）と同等であり、前述の第２実施形態と同様の構成については、ここでは説明を省略する。

図２３に示すように、気圧変動センサ５２のギャップ形成部は、圧電薄膜６７と、積層型圧電素子６８とを有している。

圧電薄膜６７は、前述同様、表裏の電位差により伸縮し、先端部６７ｃをカンチレバー４の先端部４ｂに対して接近／離間する方向に変位する。

積層型圧電素子６８は、一端は筐体開口壁面１１に固定され、他端は圧電薄膜６７のキャビティ１０側表面に接して配置される。積層型圧電素子６８も電位差を与えると伸縮し、圧電薄膜６７を押し上げ／引き下げする方向に変位する。

ギャップ制御部７は、前述の第１実施形態同様、所定値記憶部７１と、比較回路７２と、処理回路７３と、駆動回路７４と、電圧可変直流電源とを有する。

本実施形態において、電圧可変電流電源は、第一および第二の電圧可変直流電源７５ａ、７５ｃを有する。第一の電圧可変直流電源７５ａは圧電薄膜６７に、第二の電圧可変直流電源７５ｃは積層型圧電素子６８に接続されている。

駆動回路７４は、処理回路７３から出力された指令値に応じてギャップ形成部６を作動させるための信号（駆動出力）を出力する。この時の指令値は、カンチレバー４の変位に応じた出力値となる。

より詳細には、電圧可変直流電源７５ａからギャップ形成部６への通電を指示する信号によって、圧電薄膜６７の変位を図中Ｘ方向に制御する。また、電圧可変直流電源７５ｃからギャップ形成部６への通電を指示する信号によって積層型圧電素子６８の変位を図中Ｚ方向に制御する。

したがって、製造工程等におけるカンチレバー４の寸法精度のずれにより発生する剛性低下が発生しても、カンチレバー４の変位を検知して、ギャップ形成部６先端を２方向に変位させ、ギャップ１３の寸法を任意に制御することが可能となる。

なお、この構成は、圧電素子を利用した構成に限らない。例えば、ギャップ形成部６を前述の第１の実施形態で述べた静電型アクチュエータを利用しても２方向の変位が可能である。電圧可変直流電源７５ａ、７５ｂの通電でカンチレバー４の長手方向、電圧可変直流電源７５ｃの通電で厚さ方向に、可動電極部を移動することができる。また、同様に、電磁アクチュエータ等でも実施可能である。

なお、圧力伝達媒体として空気の一例を示したが、重力加速度が加わる環境での他種のガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガス等）や、液体（例えば、水、機械油やシリコーンオイル等）でも動作可能である。

以上の構成により、上述の実施形態同様、ギャップ１３の寸法をカンチレバーの変位に応じて任意に制御することが可能となる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。

１ 傾斜情報計測装置
２ ＳＯＩ基板
２ａ シリコン支持層
２ｂ 酸化層
２ｃ シリコン活性層
３ キャビティ筐体
３ａ 第一筐体部
３ｂ 第二筐体部
４ カンチレバー
４ａ 基端部
４ｂ 先端部
５ 気圧変動検出部
６ ギャップ形成部
７ ギャップ制御部
１０ キャビティ
１１ 開口部壁面
１２ 蓋部
１３ ギャップ
１５ 貫通孔
１６ 溝部
２０ ピエゾ抵抗
２１ 配線部
２２ 検出回路
２２ａ 増幅回路
３１ 電源部
３２ 静止傾斜センサ
３３ 静止判定部
３４ 記憶部
３５ 制御部
４０ 傾斜変動センサ
４１ 通信部
４２ 傾斜変動情報生成部
５１、５２ 気圧変動センサ
６１ 第一固定電極部
６２ 第二固定電極部
６３ 第三電極部
６４ 可動電極部
６４ａ 第一電極部
６４ｂ 第二電極部
６４ｃ 先端部
６５ 板ばね部
６６ 固定部
６７ 圧電薄膜
６８ 積層型圧電素子
７１ 所定値記憶部
７２ 比較回路
７３ 処理回路
７４ 駆動回路
７５ａ、７５ｂ、７５ｃ 第一〜第三電圧可変直流電源
２２１ ブリッジ回路
２２２ 差動増幅回路
４０４ 流量センサ
４１３ 連通孔
４１４ ヒーター
４２４ａ、４２４ｂ 温度センサ

Claims (13)

1. 気圧の変動を検出し、検出方向に沿って所定の距離を離して配置される、少なくとも二つの気圧変動センサと、
   前記少なくとも二つの気圧変動センサによって検出された前記気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜角の変動に関する情報を示す傾斜変動情報を生成する傾斜変動情報生成部と、
   前記計測対象物が静止している状態における前記計測対象物の傾斜情報を、静止傾斜情報として検出する静止傾斜センサと、
   前記静止傾斜センサによって検出された前記静止傾斜情報と、前記傾斜変動情報生成部によって生成された前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出する傾斜情報検出部と、を備え、
   前記少なくとも二つの気圧変動センサのうちの少なくとも一方に、前記気圧の変動に対する出力信号を調整する出力特性調整部を備えることを特徴とする傾斜情報計測装置。
2. 前記気圧変動センサは、
   圧力伝達媒体が流入するキャビティを有するセンサ本体と、
   前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、
   前記キャビティ内外の差圧に応じた前記気圧変動情報を検出する気圧変動検出部と、を備え、
   前記出力特性調整部は、
   前記連通孔の一部を形成するギャップ形成部と、
   前記ギャップ形成部の変位量を制御し、前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性を近似させるギャップ制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の傾斜情報計測装置。
3. 前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に変位する可動電極部を有する静電型アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜情報計測装置。
4. 前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に変位する圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜情報計測装置。
5. 前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向に弾性変形して変位するメンブレン機構の変位量を制御する電磁アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜情報計測装置。
6. 前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部が前記気圧の変動に応じて変形する方向に変位する可動電極部を有するアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜情報計測装置。
7. 前記ギャップ形成部は、前記気圧変動検出部に対向して近接／離間する方向と、前記気圧変動検出部が前記気圧の変動に応じて変形する方向との二方向に変位する可動電極部を有するアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾斜情報計測装置。
8. 前記計測対象物が静止しているか否かを判定する静止判定部を備え、
   前記傾斜情報検出部は、前記静止判定部により前記計測対象物が静止していると判定された場合に、前記静止傾斜センサによって検出された前記静止傾斜情報と、前記傾斜変動情報生成部によって生成された前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の傾斜情報計測装置。
9. 前記計測対象物の傾斜情報の初期値を記憶する記憶部を備え、
   前記傾斜情報検出部は、
   前記静止判定部によって前記計測対象物が静止していると判定された場合に、前記静止傾斜情報を前記初期値として前記記憶部に記憶させ、
   前記記憶部が記憶する前記初期値と、前記傾斜変動情報とに基づいて、前記計測対象物の傾斜情報を検出するとともに、検出した当該計測対象物の傾斜情報を前記初期値として前記記憶部に記憶させることを特徴とする請求項８に記載の傾斜情報計測装置。
10. 前記気圧変動センサは、
    前記キャビティを有するセンサ本体と、
    前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
    前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記気圧変動情報を検出する気圧変動検出部と
    を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の傾斜情報計測装置。
11. 気圧の変動を検出し、検出方向に沿って所定の距離を離して配置される、少なくとも二つの気圧変動センサと、前記少なくとも二つの気圧変動センサによって検出された前記気圧の変動を示す気圧変動情報に基づいて、計測対象物の傾斜情報を計測する傾斜情報計測部と、を備える傾斜情報計測装置に用いる気圧変動センサの調整方法であって、
    空気が流入するキャビティと、前記空気を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に基づいて検出する外部の気圧変動に対する、前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性を計測する出力特性計測ステップと、
    前記少なくとも二つのうちの少なくとも一方が備える、前記連通孔の形状を変化するギャップ形成部を有する出力特性調整機構によって、前記出力特性計測ステップによって計測された前記少なくとも二つの気圧変動センサの出力特性が一致するように調整する調整ステップと、
    を含むことを特徴とする気圧変動センサの調整方法。
12. 前記出力特性計測ステップにおいて、前記出力特性として、前記キャビティ外部の気圧変動に対する前記気圧変動センサの出力信号の位相差を計測し、
    前記調整ステップにおいて、前記少なくとも二つの気圧変動センサの前記位相差が所定の範囲内になるように、前記出力特性調整機構によって調整することを特徴とする請求項１１に記載の気圧変動センサの調整方法。
13. 前記調整ステップにおいて、前記少なくとも二つの気圧変動センサの前記出力信号の振幅値が所定の範囲内になるように、前記出力特性調整機構によって調整することを特徴とする請求項１２に記載の気圧変動センサの調整方法。

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