JP3076124B2 - 加速度センサ - Google Patents
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角加速度を含む加速度
を検出して、カメラ、ビデオカメラ等の手振れによる角
度変化の検知に好適な加速度センサに関するものであ
る。
を検出して、カメラ、ビデオカメラ等の手振れによる角
度変化の検知に好適な加速度センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、主として使われている加速度セン
サには、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体又は半導
体を用いた歪ゲージ型などがある。また、シリコンのマ
イクロメカニクス技術によりカンチレバーを製作し、先
端に錘りを付加して小型の加速度センサを作る試みもな
されている。例えば、K.E.Petersen等("Michromechanic
al Accelerometer Integrated with MOS Detection Cir
cuity"IEEE Trans.Electron Devices ,vol.ED-29,pp23,
1982) により、静電容量変化を用いて加速度を検知する
方式が提案されている。
サには、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体又は半導
体を用いた歪ゲージ型などがある。また、シリコンのマ
イクロメカニクス技術によりカンチレバーを製作し、先
端に錘りを付加して小型の加速度センサを作る試みもな
されている。例えば、K.E.Petersen等("Michromechanic
al Accelerometer Integrated with MOS Detection Cir
cuity"IEEE Trans.Electron Devices ,vol.ED-29,pp23,
1982) により、静電容量変化を用いて加速度を検知する
方式が提案されている。
【０００３】図２３はこの加速度センサを示し、シリコ
ン基板１の上に電極２とカンチレバー３をマイクロファ
ブリケーションにより形成している。カンチレバー３は
酸化膜から成り、上面に金属電極３ａが形成され、先端
には錘り４が設けられて加速度に対する感度が高められ
るようになっている。電極２と金属電極３ａの間の静電
容量変化は、検出回路５で検出されて加速度が検出され
る。また、金属電極の配置形態として、錘り４の上面に
も金属電極が配置された構成のものも提案されている
(S.Suzuki,"Semiconductor Capacitance-type Accelero
meter with PWM Electrostatic Servo Technique" ,Sen
sors and Actuators,A21-A23,p316-319,1990) 。
ン基板１の上に電極２とカンチレバー３をマイクロファ
ブリケーションにより形成している。カンチレバー３は
酸化膜から成り、上面に金属電極３ａが形成され、先端
には錘り４が設けられて加速度に対する感度が高められ
るようになっている。電極２と金属電極３ａの間の静電
容量変化は、検出回路５で検出されて加速度が検出され
る。また、金属電極の配置形態として、錘り４の上面に
も金属電極が配置された構成のものも提案されている
(S.Suzuki,"Semiconductor Capacitance-type Accelero
meter with PWM Electrostatic Servo Technique" ,Sen
sors and Actuators,A21-A23,p316-319,1990) 。
【０００４】静電容量を検出する場合には、検出用電極
以外での寄生容量を低減することが重要であり、シリコ
ン基板そのものを容量検出用の電極として用いて検出用
電極周辺の寄生容量をなくしている。このため、センサ
外部に静電容量検出回路を接続している。
以外での寄生容量を低減することが重要であり、シリコ
ン基板そのものを容量検出用の電極として用いて検出用
電極周辺の寄生容量をなくしている。このため、センサ
外部に静電容量検出回路を接続している。
【０００５】角加速度を検出するためには、例えば並進
の２個の加速度センサを一定距離だけ離して複数個配置
し、それぞれのセンサ外部に静電容量検出回路を接続
し、静電容量検出回路を介して検知した加速度の差から
求めている。
の２個の加速度センサを一定距離だけ離して複数個配置
し、それぞれのセンサ外部に静電容量検出回路を接続
し、静電容量検出回路を介して検知した加速度の差から
求めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、並進の
加速度センサ及び静電容量検出回路を複数個用いる構成
は、小型化したカメラ等では空間的制約により実現がな
かなか困難である。また、精度を向上させるためには、
加速度センサの特性、感度を揃えると共に、検出回路と
の接続部に発生する寄生容量を揃える必要があり、調整
が不可欠になる。
加速度センサ及び静電容量検出回路を複数個用いる構成
は、小型化したカメラ等では空間的制約により実現がな
かなか困難である。また、精度を向上させるためには、
加速度センサの特性、感度を揃えると共に、検出回路と
の接続部に発生する寄生容量を揃える必要があり、調整
が不可欠になる。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
小型の構成で加速度、角加速度を簡便に精度良く検出
し、検出回路とセンサ検出部を一体化できる加速度セン
サを提供することにある。
小型の構成で加速度、角加速度を簡便に精度良く検出
し、検出回路とセンサ検出部を一体化できる加速度セン
サを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る加速度センサは、シリコン基板の一部
をエッチングして形成した錘りを前記シリコン基板に支
持梁を介して支持する加速度センサにおいて、前記支持
梁は前記シリコン基板に対して伝導型が反転しており、
前記錘り上に絶縁層を介して第１の電極を形成し、該第
１の電極と対向して設けた固定の第２の電極との間隔の
変化に対応する静電容量の変化を基に検出を行うことを
特徴とするものである。
めの本発明に係る加速度センサは、シリコン基板の一部
をエッチングして形成した錘りを前記シリコン基板に支
持梁を介して支持する加速度センサにおいて、前記支持
梁は前記シリコン基板に対して伝導型が反転しており、
前記錘り上に絶縁層を介して第１の電極を形成し、該第
１の電極と対向して設けた固定の第２の電極との間隔の
変化に対応する静電容量の変化を基に検出を行うことを
特徴とするものである。
【０００９】
【作用】上述の構成を有する加速度センサは、錘りの慣
性モーメントによって加速度、角加速度に比例したトル
クが錘りに働き、支持梁の撓み又は捻れに対する弾性力
に抗して錘りが変位又は回転することにより、錘りに設
けた電極と固定電極間の静電容量が変化する。支持梁の
伝導型がシリコン基板に対して反転していることによ
り、錘りとシリコン基板の間の電流が流れ難くなり、錘
りとシリコン基板に付随する寄生容量が低減し、錘りを
シリコン基板から電気的に略分離することが可能にな
る。
性モーメントによって加速度、角加速度に比例したトル
クが錘りに働き、支持梁の撓み又は捻れに対する弾性力
に抗して錘りが変位又は回転することにより、錘りに設
けた電極と固定電極間の静電容量が変化する。支持梁の
伝導型がシリコン基板に対して反転していることによ
り、錘りとシリコン基板の間の電流が流れ難くなり、錘
りとシリコン基板に付随する寄生容量が低減し、錘りを
シリコン基板から電気的に略分離することが可能にな
る。
【００１０】
【実施例】本発明を図１〜図２２に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は第１の実施例の加速度セン
サの主要部の構成図であり、長方形で平板状の錘り１１
が枠体状の基板１２の内側に設けられ、錘り１１はその
長辺の片端で支持梁１３により支持されている。錘り１
１、基板１２及び支持梁１３は、シリコン基板から異方
性エッチングによって一体的に形成されている。支持梁
１３は錘り１１と基板１２の上面の一端に形成され、錘
り１１を僅かに変位可能に支持する弾性部材となってい
る。錘り１１の上面には、絶縁層１４を介して電極１５
が設けられている。絶縁層１４はＬＰＣＶＤ法によりシ
リコン窒化膜、或いは熱酸化によりシリコン酸化膜等の
薄膜絶縁層としてシリコン基板上に形成されている。電
極１５は真空蒸着法、鍍金、スパッタリング法等を用い
て成膜し、その後にフォトリソグラフィによりパターニ
ングして形成される。
いて詳細に説明する。図１は第１の実施例の加速度セン
サの主要部の構成図であり、長方形で平板状の錘り１１
が枠体状の基板１２の内側に設けられ、錘り１１はその
長辺の片端で支持梁１３により支持されている。錘り１
１、基板１２及び支持梁１３は、シリコン基板から異方
性エッチングによって一体的に形成されている。支持梁
１３は錘り１１と基板１２の上面の一端に形成され、錘
り１１を僅かに変位可能に支持する弾性部材となってい
る。錘り１１の上面には、絶縁層１４を介して電極１５
が設けられている。絶縁層１４はＬＰＣＶＤ法によりシ
リコン窒化膜、或いは熱酸化によりシリコン酸化膜等の
薄膜絶縁層としてシリコン基板上に形成されている。電
極１５は真空蒸着法、鍍金、スパッタリング法等を用い
て成膜し、その後にフォトリソグラフィによりパターニ
ングして形成される。
【００１１】図２は支持梁１３を通る図１のＡ−Ａ線に
沿った断面図であり、基板１２及び錘り１１に対して、
支持梁１３の伝導型が反転する反転層になっている。反
転層は基板１２にＮ型シリコン基板を用いた場合にはＰ
型であり、基板１２にＰ型シリコン基板を用いた場合に
はＮ型になる。反転層の形成方法は、イオン打込装置に
よりシリコン基板１２にＮ型又はＰ型となる不純物イオ
ンを注入した後に、或いはプリデポジションにより不純
物拡散層を形成した後に、高温で拡散させる所謂ドライ
ブインすることにより所望の厚みを形成する。
沿った断面図であり、基板１２及び錘り１１に対して、
支持梁１３の伝導型が反転する反転層になっている。反
転層は基板１２にＮ型シリコン基板を用いた場合にはＰ
型であり、基板１２にＰ型シリコン基板を用いた場合に
はＮ型になる。反転層の形成方法は、イオン打込装置に
よりシリコン基板１２にＮ型又はＰ型となる不純物イオ
ンを注入した後に、或いはプリデポジションにより不純
物拡散層を形成した後に、高温で拡散させる所謂ドライ
ブインすることにより所望の厚みを形成する。
【００１２】図３は加速度センサの断面図であり、錘り
１１、基板１２及び支持梁１３がガラス板１６及びガラ
ス板１７により上下から挟まれている。ガラス板１６は
錘り１１の上部で僅かに薄く形成され、その下面には錘
り１１の電極１５に対向して、固定電極１８が電極１５
と同様の方法により形成されている。なお、電極１５と
固定電極１８の間隔は数μｍ程度である。
１１、基板１２及び支持梁１３がガラス板１６及びガラ
ス板１７により上下から挟まれている。ガラス板１６は
錘り１１の上部で僅かに薄く形成され、その下面には錘
り１１の電極１５に対向して、固定電極１８が電極１５
と同様の方法により形成されている。なお、電極１５と
固定電極１８の間隔は数μｍ程度である。
【００１３】ガラス板１６及びガラス板１７は基板１２
に図３に示すように接合されるが、ガラス板１７も錘り
１１の下部で僅かに薄く形成され、ガラス板１６及びガ
ラス板１７は共に熱膨張率がシリコンに近いパイレック
スガラスが用いられ、例えば陽極接合法等によって結合
されている。陽極接合法は約４００℃の高温に熱したガ
ラス側に負の電圧（〜５００Ｖ）を印加し、ガラスとシ
ンコン界面に作用する静電力により接合させるので、接
合強度が大きくかつ精度良く接合することができる。
に図３に示すように接合されるが、ガラス板１７も錘り
１１の下部で僅かに薄く形成され、ガラス板１６及びガ
ラス板１７は共に熱膨張率がシリコンに近いパイレック
スガラスが用いられ、例えば陽極接合法等によって結合
されている。陽極接合法は約４００℃の高温に熱したガ
ラス側に負の電圧（〜５００Ｖ）を印加し、ガラスとシ
ンコン界面に作用する静電力により接合させるので、接
合強度が大きくかつ精度良く接合することができる。
【００１４】図４は検出部の等価回路図であり、基板１
２にＰ型のシリコンウエハを用いた場合には、支持梁１
３はＮ型になり図のようなダイオードD1及びダイオード
D2の形式となる。また、基板１２がＮ型の場合には、ダ
イオードD1及びダイオードD2のアノード及びカソードの
方向は逆向きになる。錘り１１はダイオードD1及びダイ
オードD2を介して基板１２に接地されている。固定電極
１８と電極１５の間でコンデンサC1を構成し、電極１５
は錘り１１と絶縁層１４を介して寄生容量となる固定コ
ンデンサC2を構成し、錘り１１と支持梁１３が撓み、変
位することによりコンデンサ容量C1が変化する。このよ
うな構成により、錘り１１には電流が流れ難くなり、コ
ンデンサC1の変化を検出する際に問題となる寄生容量を
除くことが可能になる。更に、基板１２は接地されてい
るため、基板１２上に検出回路を形成することが可能に
なる。
２にＰ型のシリコンウエハを用いた場合には、支持梁１
３はＮ型になり図のようなダイオードD1及びダイオード
D2の形式となる。また、基板１２がＮ型の場合には、ダ
イオードD1及びダイオードD2のアノード及びカソードの
方向は逆向きになる。錘り１１はダイオードD1及びダイ
オードD2を介して基板１２に接地されている。固定電極
１８と電極１５の間でコンデンサC1を構成し、電極１５
は錘り１１と絶縁層１４を介して寄生容量となる固定コ
ンデンサC2を構成し、錘り１１と支持梁１３が撓み、変
位することによりコンデンサ容量C1が変化する。このよ
うな構成により、錘り１１には電流が流れ難くなり、コ
ンデンサC1の変化を検出する際に問題となる寄生容量を
除くことが可能になる。更に、基板１２は接地されてい
るため、基板１２上に検出回路を形成することが可能に
なる。
【００１５】図５は検出回路の構成図であり、コンデン
サC1を周波数出力として読み出すための回路である（松
本、電子情報通信学会論文誌、C-〓,Vol.J173-C-〓,No.
3,p194-202,1990)。インバータ２０、２１の直列回路の
両端にコンデンサC1を並列に接続し、電流源２２、２３
及びスイッチ２４とにより供給される電流によりコンデ
ンサC1が充電され、充電時間が周波数として検出され
る。寄生容量となるコンデンサC2は支持梁１３に形成し
たダイオードD1及びダイオードD2により電流が流れ難く
なっているため、寄生容量による影響が少ない構成にな
る。
サC1を周波数出力として読み出すための回路である（松
本、電子情報通信学会論文誌、C-〓,Vol.J173-C-〓,No.
3,p194-202,1990)。インバータ２０、２１の直列回路の
両端にコンデンサC1を並列に接続し、電流源２２、２３
及びスイッチ２４とにより供給される電流によりコンデ
ンサC1が充電され、充電時間が周波数として検出され
る。寄生容量となるコンデンサC2は支持梁１３に形成し
たダイオードD1及びダイオードD2により電流が流れ難く
なっているため、寄生容量による影響が少ない構成にな
る。
【００１６】このような構成において、錘り１１に加速
度が加わると、錘り１１は基板１２に対して変位し、支
持梁１３の撓みに対する弾性力と錘り１１の慣性モーメ
ントが釣り合う位置で停止する。このとき、固定電極１
８と電極１５との間の静電容量が変化し、周波数変化と
して加速度が得られる。
度が加わると、錘り１１は基板１２に対して変位し、支
持梁１３の撓みに対する弾性力と錘り１１の慣性モーメ
ントが釣り合う位置で停止する。このとき、固定電極１
８と電極１５との間の静電容量が変化し、周波数変化と
して加速度が得られる。
【００１７】図５に示す回路は、基板１２上に半導体集
積回路技術を用いて形成することが可能であることを示
し、支持梁１３の伝導型を反転させることにより容量検
出回路を集積化した加速度センサを実現できる。
積回路技術を用いて形成することが可能であることを示
し、支持梁１３の伝導型を反転させることにより容量検
出回路を集積化した加速度センサを実現できる。
【００１８】図６は第２の実施例の主要部の構成図であ
り、第１の実施例を角加速度センサに適用したものであ
る。長方形の平板状の錘り１１は、枠体状の基板１２の
内側に錘り１１の２つの長辺のそれぞれの中点で、２つ
の支持梁１３、１３’を介して支持されている。錘り１
１、基板１２及び支持梁１３、１３’は、シリコン基板
から異方性エッチングにより一体的に形成される。支持
梁１３、１３’は錘り１１及び基板１２の上面の一端に
形成され、錘り１１を軸対称に僅かに回転可能に支持す
る弾性部材になっている。錘り１１の上面には、絶縁層
１４を介して電極１５が設けられている。
り、第１の実施例を角加速度センサに適用したものであ
る。長方形の平板状の錘り１１は、枠体状の基板１２の
内側に錘り１１の２つの長辺のそれぞれの中点で、２つ
の支持梁１３、１３’を介して支持されている。錘り１
１、基板１２及び支持梁１３、１３’は、シリコン基板
から異方性エッチングにより一体的に形成される。支持
梁１３、１３’は錘り１１及び基板１２の上面の一端に
形成され、錘り１１を軸対称に僅かに回転可能に支持す
る弾性部材になっている。錘り１１の上面には、絶縁層
１４を介して電極１５が設けられている。
【００１９】図７は支持梁１３、１３’を通るＢ−Ｂ線
断面図であり、基板１２及び錘り１１に対して支持梁１
３、１３’の伝導型が反転する反転層になっている。反
転層は基板１２にＮ型シリコン基板を用いた場合にはＰ
型であり、基板１２にＰ型シリコン基板を用いた場合に
はＮ型になる。反転層の形成方法は第１の実施例と同様
である。
断面図であり、基板１２及び錘り１１に対して支持梁１
３、１３’の伝導型が反転する反転層になっている。反
転層は基板１２にＮ型シリコン基板を用いた場合にはＰ
型であり、基板１２にＰ型シリコン基板を用いた場合に
はＮ型になる。反転層の形成方法は第１の実施例と同様
である。
【００２０】図８はこの角加速度センサの断面図を示
し、錘り１１、基板１２及び支持梁１３、１３’が、ガ
ラス板１６及びガラス板１７により上下から挟まれてい
る。ガラス板１６は錘り１１の上部で僅かに薄く形成さ
れ、その下面の左側の錘り１１の電極１５に対向する位
置に固定電極１８が第１の実施例と同様に形成され、電
極１５と固定電極１８との間隔は数μｍ程度になってい
る。ガラス板１６とガラス板１７の基板１２への接合
は、第１の実施例と同様の方法が用いられている。
し、錘り１１、基板１２及び支持梁１３、１３’が、ガ
ラス板１６及びガラス板１７により上下から挟まれてい
る。ガラス板１６は錘り１１の上部で僅かに薄く形成さ
れ、その下面の左側の錘り１１の電極１５に対向する位
置に固定電極１８が第１の実施例と同様に形成され、電
極１５と固定電極１８との間隔は数μｍ程度になってい
る。ガラス板１６とガラス板１７の基板１２への接合
は、第１の実施例と同様の方法が用いられている。
【００２１】図９は角加速度センサの検出部の等価回路
図であり、２つの支持梁１３、１３’が存在することに
よりダイオードD3及びダイオードD4が更に追加接続され
た構成になっている。支持梁１３、１３’を軸とする角
加速度が加わると、錘り１１は基板１２に対して回転
し、支持梁１３、１３’の捻れに対する弾性力と錘り１
１の慣性モーメントが釣り合う角度で停止する。同時
に、固定電極１８と電極１５の間の静電容量が変化し、
その変化が周波数の変化として角加速度が出力される。
第１の実施例と同様に、支持梁１３、１３’を反転層に
することにより、容量検出回路を集積化した角加速度セ
ンサが得られる。
図であり、２つの支持梁１３、１３’が存在することに
よりダイオードD3及びダイオードD4が更に追加接続され
た構成になっている。支持梁１３、１３’を軸とする角
加速度が加わると、錘り１１は基板１２に対して回転
し、支持梁１３、１３’の捻れに対する弾性力と錘り１
１の慣性モーメントが釣り合う角度で停止する。同時
に、固定電極１８と電極１５の間の静電容量が変化し、
その変化が周波数の変化として角加速度が出力される。
第１の実施例と同様に、支持梁１３、１３’を反転層に
することにより、容量検出回路を集積化した角加速度セ
ンサが得られる。
【００２２】図１０は第３の実施例の検出回路の構成
図、そして図１１はそのセンサ主要部の断面図であり、
シュミットトリガ型のコンデンサC1を周波数出力として
読み出す検出回路を示している。シュミットトリガ回路
２５は半導体ＣＭＯＳプレーナプロセスによりシリコン
基板に形成している（B.L.Dokic."CMOS Schmitt Trigge
rs".IEEE Proc.,131,Pt.G.No.5 p197-202,1984）。
図、そして図１１はそのセンサ主要部の断面図であり、
シュミットトリガ型のコンデンサC1を周波数出力として
読み出す検出回路を示している。シュミットトリガ回路
２５は半導体ＣＭＯＳプレーナプロセスによりシリコン
基板に形成している（B.L.Dokic."CMOS Schmitt Trigge
rs".IEEE Proc.,131,Pt.G.No.5 p197-202,1984）。
【００２３】図１１に示すように、第２の実施例での錘
り１１上の絶縁層１４及び電極１５は除かれ、検出回路
２６の接地電極が支持梁１３上の絶縁層１４を介して形
成され、電極２７に接続されている。これにより、第２
の実施例と同様に固定電極１８と電極となる錘り１１と
の間の静電容量の変化が、周波数の変化となって角加速
度が出力される。
り１１上の絶縁層１４及び電極１５は除かれ、検出回路
２６の接地電極が支持梁１３上の絶縁層１４を介して形
成され、電極２７に接続されている。これにより、第２
の実施例と同様に固定電極１８と電極となる錘り１１と
の間の静電容量の変化が、周波数の変化となって角加速
度が出力される。
【００２４】この第３の実施例の錘り１１を電極とする
センサ検出部の構成は、図８のガラス板１７にガラス板
１６と同様に固定電極を設け、この固定電極をサーボ用
電極とする静電力型サーボ式角加速度センサが得られ、
加速度センサについても同様である。ここでも、支持梁
１３、１３’を反転層にして、錘り１１を基板１２に設
けた検出回路から独立した電極にすることにより、検出
回路２６及び基板１２の周りに存在する寄生容量の影響
を低減することができ、基板１２に設けた検出回路２６
とセンサ検出部を一体化したＳ／Ｎ比の高い角加速度セ
ンサが得られる。
センサ検出部の構成は、図８のガラス板１７にガラス板
１６と同様に固定電極を設け、この固定電極をサーボ用
電極とする静電力型サーボ式角加速度センサが得られ、
加速度センサについても同様である。ここでも、支持梁
１３、１３’を反転層にして、錘り１１を基板１２に設
けた検出回路から独立した電極にすることにより、検出
回路２６及び基板１２の周りに存在する寄生容量の影響
を低減することができ、基板１２に設けた検出回路２６
とセンサ検出部を一体化したＳ／Ｎ比の高い角加速度セ
ンサが得られる。
【００２５】図１２は第４の実施例の加速度センサの主
要部の構成図、図１３はそのＣ−Ｃ線断面図、図１４は
加速度センサの断面図である。ここでは、第１の実施例
の反転層に、絶縁層１４の一部をフォトリソグラフィに
よりパターニングし、エッチングにより除去して取出電
極２８が形成されている。この取出電極２８の形成方法
は電極１５の場合と同様である。
要部の構成図、図１３はそのＣ−Ｃ線断面図、図１４は
加速度センサの断面図である。ここでは、第１の実施例
の反転層に、絶縁層１４の一部をフォトリソグラフィに
よりパターニングし、エッチングにより除去して取出電
極２８が形成されている。この取出電極２８の形成方法
は電極１５の場合と同様である。
【００２６】図１５は検出部の等価回路図、図１６は検
出回路の構成図であり、第１の実施例のダイオードD1及
びダイオードD2に代り、トランジスタTr1 が形成される
ことになる。このような構成により、取出電極２８に電
圧を印加することによりトランジスタTr1 に逆バイアス
が印加され、錘り１１には電流が流れ難くなる。
出回路の構成図であり、第１の実施例のダイオードD1及
びダイオードD2に代り、トランジスタTr1 が形成される
ことになる。このような構成により、取出電極２８に電
圧を印加することによりトランジスタTr1 に逆バイアス
が印加され、錘り１１には電流が流れ難くなる。
【００２７】図１７は第５の実施例の角加速度センサの
主要部の構成図、図１８はそのＤ−Ｄ線断面図、図１９
は角加速度センサの断面図である。ここでは、第２の実
施例の反転層に、取出電極２９及び取出電極２９’が設
けられている。この反転層及び取出電極２９、２９’の
形成方法は第１の実施例と同様である。
主要部の構成図、図１８はそのＤ−Ｄ線断面図、図１９
は角加速度センサの断面図である。ここでは、第２の実
施例の反転層に、取出電極２９及び取出電極２９’が設
けられている。この反転層及び取出電極２９、２９’の
形成方法は第１の実施例と同様である。
【００２８】図２０は検出部の等価回路図であり、第２
の実施例のダイオードに代り、トランジスタTr1 及びト
ランジスタTr2 が接続した構成となる。ここでも、支持
梁１３、１３’を反転層としてトランジスタ化すること
により、容量検出回路を集積化した角加速度センサが得
られる。
の実施例のダイオードに代り、トランジスタTr1 及びト
ランジスタTr2 が接続した構成となる。ここでも、支持
梁１３、１３’を反転層としてトランジスタ化すること
により、容量検出回路を集積化した角加速度センサが得
られる。
【００２９】図２１は第６の実施例の検出回路の構成
図、図２２はセンサ主要部の断面図であり、図１１に示
す第３の実施例に比べて支持梁１３’上に取出し電極２
９’を設けると共に、支持梁１３上にも図示しない取出
し電極が設けられている。この支持梁１３、１３’がト
ランジスタ動作することにより、第３の実施例と同様な
効果が得られる。
図、図２２はセンサ主要部の断面図であり、図１１に示
す第３の実施例に比べて支持梁１３’上に取出し電極２
９’を設けると共に、支持梁１３上にも図示しない取出
し電極が設けられている。この支持梁１３、１３’がト
ランジスタ動作することにより、第３の実施例と同様な
効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る加速度
センサは、錘りを支持する支持梁の伝導型を反転させ、
錘りとシリコン基板の間の電流を流れ難くして、シリコ
ン基板に検出回路を形成することができるようにしたた
め、小型かつ簡素な構成で加速度、角加速度を直接に精
度良く検出することが可能になる。
センサは、錘りを支持する支持梁の伝導型を反転させ、
錘りとシリコン基板の間の電流を流れ難くして、シリコ
ン基板に検出回路を形成することができるようにしたた
め、小型かつ簡素な構成で加速度、角加速度を直接に精
度良く検出することが可能になる。
【図１】第１の実施例の主要部の構成図である。
【図２】主要部の断面図である。
【図３】断面図である。
【図４】検出部の等価回路図である。
【図５】検出回路の構成図である。
【図６】第２の実施例の主要部の構成図である。
【図７】主要部の断面図である。
【図８】断面図である。
【図９】検出部の等価回路図である。
【図１０】第３の実施例の検出回路の構成図である。
【図１１】主要部の断面図である。
【図１２】第４の実施例の主要部の構成図である。
【図１３】主要部の断面図である。
【図１４】断面図である。
【図１５】検出部の等価回路図である。
【図１６】検出回路の構成図である。
【図１７】第５の実施例の主要部の構成図である。
【図１８】主要部の断面図である。
【図１９】断面図である。
【図２０】検出部の等価回路図である。
【図２１】第６の実施例の検出回路の構成図である。
【図２２】主要部の断面図である。
【図２３】従来例の構成図である。
１１ 錘り １２ 基板 １３、１３’ 支持梁 １５、２７ 電極 １６、１７ ガラス板 １８ 固定電極 ２０、２１ インバータ ２２、２３ 電流源 ２４ スイッチ ２５ シュミットトリガ回路 ２６ 検出回路 ２８、２９、２９’ 取出電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 裕 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−134552（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−200373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−97572（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/125 H01L 29/84
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン基板の一部をエッチングして形
成した錘りを前記シリコン基板に支持梁を介して支持す
る加速度センサにおいて、前記支持梁は前記シリコン基
板に対して伝導型が反転しており、前記錘り上に絶縁層
を介して第１の電極を形成し、該第１の電極と対向して
設けた固定の第２の電極との間隔の変化に対応する静電
容量の変化を基に検出を行うことを特徴とする加速度セ
ンサ。 - 【請求項２】 前記シリコン基板に対して伝導型が反転
している前記支持梁に電気的に接続する電極取出部を設
けた請求項１に記載の加速度センサ。 - 【請求項３】 前記第１の電極に略対向して板状部材を
配置し、該板状部材に前記第２の電極を設け、前記板状
部材を前記シリコン基板に接合して配置した請求項１に
記載の加速度センサ。 - 【請求項４】 前記支持梁は前記錘りの略重心を通る回
転軸上に位置し、該回転軸を中心に回転する前記錘りに
加わる角加速度を検出する請求項１に記載の加速度セン
サ。 - 【請求項５】 前記錘りを２つの支持梁により両側から
支持し、前記回転軸の両側において前記第１の電極に対
向してそれぞれ設けた前記第２の電極との間隔の変化に
対応する静電容量変化を基に前記錘りに加わる角加速度
を検出する請求項４に記載の加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04020415A JP3076124B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04020415A JP3076124B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180867A JPH05180867A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3076124B2 true JP3076124B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=12026409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04020415A Expired - Fee Related JP3076124B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3076124B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008013341A1 (de) * | 2008-03-06 | 2009-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zum Erfassen von Messgrößen und Hochspannungsanlage |
-
1992
- 1992-01-08 JP JP04020415A patent/JP3076124B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05180867A (ja) | 1993-07-23 |
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