JPH04252961A - 角加速度センサ - Google Patents
角加速度センサInfo
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-
- G—PHYSICS
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- 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
-
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カメラ、カメラビデオ
等の手振れによる角度変化の検知に好適な角加速度セン
サに関するものである。
等の手振れによる角度変化の検知に好適な角加速度セン
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、主に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、金属抵抗体或いは半導体
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作製し、先端
におもりを付加し、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（”
Ｍｉｃｈｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｃｅｌｅｒｏ
ｍｅｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＭＯＳ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ” ＩＥＥ
Ｅ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，
ｖｏｌ．ＥＤ−２９，ｐ．２３，１９８２） 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。
は、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体或いは半導体
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作製し、先端
におもりを付加し、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（”
Ｍｉｃｈｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｃｅｌｅｒｏ
ｍｅｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＭＯＳ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ” ＩＥＥ
Ｅ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，
ｖｏｌ．ＥＤ−２９，ｐ．２３，１９８２） 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１３はこの加速度センサの従来例であり
、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たものである。 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、先端に設けたおもり４により加速度に対す
る感度を高めている。電極２と金属電極３ａの間の静電
容量変化を検出回路５で検出し、加速度を検出する。ま
た、金属電極の配置形態として、おもり４の上面にも金
属電極を配置した構成のものも提案されている（Ｓ．Ｓ
ｕｚｕｋｉ，”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｐａ
ｃｉｔａｎｃｅ−ｔｙｐｅ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅ
ｒ ｗｉｔｈ ＰＷＭ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ
Ｓ ｅｒｖｏ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ａ２１−Ａ２３（１９
９０）３１６−３１９）。
、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たものである。 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、先端に設けたおもり４により加速度に対す
る感度を高めている。電極２と金属電極３ａの間の静電
容量変化を検出回路５で検出し、加速度を検出する。ま
た、金属電極の配置形態として、おもり４の上面にも金
属電極を配置した構成のものも提案されている（Ｓ．Ｓ
ｕｚｕｋｉ，”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｐａ
ｃｉｔａｎｃｅ−ｔｙｐｅ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅ
ｒ ｗｉｔｈ ＰＷＭ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ
Ｓ ｅｒｖｏ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ａ２１−Ａ２３（１９
９０）３１６−３１９）。
【０００４】角加速度の検出は、例えばこのような並進
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、検知された加速度の差から求めるなどしている。
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、検知された加速度の差から求めるなどしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、並進の
加速度センサを複数用いる構成は、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
、精度を向上させるには、加速度センサの特性、感度を
揃える必要があり、調整が不可欠になる。また、カメラ
の姿勢変化に伴う、並進加速度センサへの重力方向の変
化により生ずる検出レンジに対するオフセット出力は大
きく変化し検出感度を上げられない。
加速度センサを複数用いる構成は、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
、精度を向上させるには、加速度センサの特性、感度を
揃える必要があり、調整が不可欠になる。また、カメラ
の姿勢変化に伴う、並進加速度センサへの重力方向の変
化により生ずる検出レンジに対するオフセット出力は大
きく変化し検出感度を上げられない。
【０００６】本発明の目的は、小型の構成で、角加速度
を簡便に精度良く直接に検出できる角加速度センサを提
供することにある。
を簡便に精度良く直接に検出できる角加速度センサを提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る角加速度センサは、おもりと、該おも
りの重心を略通る回転軸上にあって前記おもりの両側で
前記おもりを回転自在に支持する弾性部材と、該２つの
弾性部材の間で前記回転軸に対し交差する方向に前記お
もりと対向して設けた固定電極と、該固定電極と前記お
もりの間隔変化に対応する静電容量変化から前記おもり
に加わる角加速度を検出する検出手段とを有することを
特徴とするものである。
めの本発明に係る角加速度センサは、おもりと、該おも
りの重心を略通る回転軸上にあって前記おもりの両側で
前記おもりを回転自在に支持する弾性部材と、該２つの
弾性部材の間で前記回転軸に対し交差する方向に前記お
もりと対向して設けた固定電極と、該固定電極と前記お
もりの間隔変化に対応する静電容量変化から前記おもり
に加わる角加速度を検出する検出手段とを有することを
特徴とするものである。
【０００８】
【作用】上述の構成を有する角加速度センサは、おもり
の慣性モーメントにより、軸廻りの角加速度に比例した
トルクがおもりに働き、弾性部材の捻りに対する弾性力
に抗しておもりが回転することにより、おもりと電極間
の静電容量が変化する。
の慣性モーメントにより、軸廻りの角加速度に比例した
トルクがおもりに働き、弾性部材の捻りに対する弾性力
に抗しておもりが回転することにより、おもりと電極間
の静電容量が変化する。
【０００９】
【実施例】本発明を図１〜図１２に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００１０】図１は角加速度センサの主要部の構成を示
し、長方形の平板状のおもり１１が、枠体状の基板１３
の内側におもり１１の２つの長辺のそれぞれの中点で支
持梁１２を介して支持されている。おもり１１と支持梁
１２と基板１３は、シリコン基板から異方性エッチング
によって一体的に成形されており、おもり１１は基板１
３よりも僅かに薄くされ、支持梁１２はおもり１１を僅
かに回転可能に軸対称に支持している。
し、長方形の平板状のおもり１１が、枠体状の基板１３
の内側におもり１１の２つの長辺のそれぞれの中点で支
持梁１２を介して支持されている。おもり１１と支持梁
１２と基板１３は、シリコン基板から異方性エッチング
によって一体的に成形されており、おもり１１は基板１
３よりも僅かに薄くされ、支持梁１２はおもり１１を僅
かに回転可能に軸対称に支持している。
【００１１】図２はこの角加速度センサの断面図を示し
、おもり１１、支持梁１２、基板１３が、ガラス板１４
、１５により上下から挟まれている。ガラス板１４の下
面のおもり１１に対向する位置に、右側に固定電極１６
、左側に固定電極１７が蒸着され、ガラス板１５の上面
には同様に固定電極１８、１９が蒸着され、おもり１１
との間隔は数μｍ程度とされている。
、おもり１１、支持梁１２、基板１３が、ガラス板１４
、１５により上下から挟まれている。ガラス板１４の下
面のおもり１１に対向する位置に、右側に固定電極１６
、左側に固定電極１７が蒸着され、ガラス板１５の上面
には同様に固定電極１８、１９が蒸着され、おもり１１
との間隔は数μｍ程度とされている。
【００１２】図３は角加速度センサの分解斜視図を示し
、ガラス板１４には電極を引き出すための複数個のスル
ーホール電極が形成されている。このスルーホール電極
はレーザー加工、サンドブラスト等の方法で形成した透
孔の内側に、鍍金法により導電部を形成したものであり
、各電極はその後から蒸着されている。スルーホール電
極２０、２１はガラス板１４の下面でそれぞれ固定電極
１６、固定電極１７に接続し、これらを上面の引き出し
電極２２、引き出し電極２３と接続している。また、お
もり１１の電極は基板１３の上面の電極２４にガラス板
１４のスルーホール電極２５を介して引き出し電極２６
が接続されている。また、ガラス板１５は基板１３より
も大きく、固定電極１８、１９はそのまま引き出されて
おり、基板１３と接触しないように基板１３の下面には
溝１３ａ、１３ｂがエッチングにより形成されている。 また、固定電極１６、１７のスルーホール電極２０、２
１に接続する部分が接触しないように、基板１３にはお
もり１１との間隔を広げて貫通部２７が設けられている
。
、ガラス板１４には電極を引き出すための複数個のスル
ーホール電極が形成されている。このスルーホール電極
はレーザー加工、サンドブラスト等の方法で形成した透
孔の内側に、鍍金法により導電部を形成したものであり
、各電極はその後から蒸着されている。スルーホール電
極２０、２１はガラス板１４の下面でそれぞれ固定電極
１６、固定電極１７に接続し、これらを上面の引き出し
電極２２、引き出し電極２３と接続している。また、お
もり１１の電極は基板１３の上面の電極２４にガラス板
１４のスルーホール電極２５を介して引き出し電極２６
が接続されている。また、ガラス板１５は基板１３より
も大きく、固定電極１８、１９はそのまま引き出されて
おり、基板１３と接触しないように基板１３の下面には
溝１３ａ、１３ｂがエッチングにより形成されている。 また、固定電極１６、１７のスルーホール電極２０、２
１に接続する部分が接触しないように、基板１３にはお
もり１１との間隔を広げて貫通部２７が設けられている
。
【００１３】このように電極等を形成したガラス板１４
、１５は、基板１３に対し図２に示すように接合される
。ガラス板１４、１５には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、例えば陽極接合法によっ
て接合される。この陽極接合法は約４００℃の高温に熱
してガラス側に負の電圧（〜５００Ｖ）を印加し、ガラ
スとシリコン界面に作用する静電力により接合させるも
のであり、接合強度が大きく精度良く接合できる。接合
の後にスルーホール電極２５と引き出し電極２６を半田
又は導電性エポキシ等により接続する。
、１５は、基板１３に対し図２に示すように接合される
。ガラス板１４、１５には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、例えば陽極接合法によっ
て接合される。この陽極接合法は約４００℃の高温に熱
してガラス側に負の電圧（〜５００Ｖ）を印加し、ガラ
スとシリコン界面に作用する静電力により接合させるも
のであり、接合強度が大きく精度良く接合できる。接合
の後にスルーホール電極２５と引き出し電極２６を半田
又は導電性エポキシ等により接続する。
【００１４】図４は検出部の等価回路図を示し、支持梁
１２に支持されたおもり１１は、共通の接地電位に保持
され、固定電極１６〜１９と対向する電極としてコンデ
ンサの一部を構成しており、支持梁１２の周りに回動す
ることによりそのコンデンサ容量が変化する。固定電極
１６と固定電極１９が電気的に接続され、おもり１１と
の間でコンデンサＣ１を構成し、固定電極１７と固定電
極１８が接続されて、おもり１１との間でコンデンサＣ
２を構成している。
１２に支持されたおもり１１は、共通の接地電位に保持
され、固定電極１６〜１９と対向する電極としてコンデ
ンサの一部を構成しており、支持梁１２の周りに回動す
ることによりそのコンデンサ容量が変化する。固定電極
１６と固定電極１９が電気的に接続され、おもり１１と
の間でコンデンサＣ１を構成し、固定電極１７と固定電
極１８が接続されて、おもり１１との間でコンデンサＣ
２を構成している。
【００１５】図５は検出回路の構成図を示し、前述のコ
ンデンサＣ１とコンデンサＣ２に抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続
してブリッジ回路が構成されており、このブリッジ回路
に発振器２８と不平衡電圧検出回路２９が接続されてい
る。不平衡電圧検出回路２９は全波整流回路とローパス
フィルタと差動増幅器から構成され、高周波の振幅値を
取り出して不平衡電圧を増幅するものである。
ンデンサＣ１とコンデンサＣ２に抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続
してブリッジ回路が構成されており、このブリッジ回路
に発振器２８と不平衡電圧検出回路２９が接続されてい
る。不平衡電圧検出回路２９は全波整流回路とローパス
フィルタと差動増幅器から構成され、高周波の振幅値を
取り出して不平衡電圧を増幅するものである。
【００１６】このような構成においては、支持梁１２を
軸とする角加速度が加わると、おもり１１は基板１３に
対して回動し、支持梁１２の捻りに対する弾性力とおも
り１１の慣性モーメントが釣り合う角度で停止する。こ
のとき、固定電極１６と固定電極１９のおもり１１との
間の静電容量の変化は同相であるため、コンデンサＣ１
の容量が変化する。また、コンデンサＣ２の容量も同様
であるが、コンデンサＣ１とは逆相で変化する。このた
め、発振器３２からブリッジ回路に振幅一定の高周波を
印加すると、コンデンサＣ１、Ｃ２のインピーダンス変
化による不衡電圧が不平衡電圧検出回路Ｃ２の入力に加
わり、おもり１１の微小回転が効率良く検出され、不平
衡電圧検出回路２９の出力が角加速度に換算される。ま
た、このように上下面のそれぞれに複数の電極を配置す
ることにより、平板に加わる重力等の並進加速度成分は
、不平衡電圧検出回路２９の出力ではカットされており
、角加速度のみを検出できる。
軸とする角加速度が加わると、おもり１１は基板１３に
対して回動し、支持梁１２の捻りに対する弾性力とおも
り１１の慣性モーメントが釣り合う角度で停止する。こ
のとき、固定電極１６と固定電極１９のおもり１１との
間の静電容量の変化は同相であるため、コンデンサＣ１
の容量が変化する。また、コンデンサＣ２の容量も同様
であるが、コンデンサＣ１とは逆相で変化する。このた
め、発振器３２からブリッジ回路に振幅一定の高周波を
印加すると、コンデンサＣ１、Ｃ２のインピーダンス変
化による不衡電圧が不平衡電圧検出回路Ｃ２の入力に加
わり、おもり１１の微小回転が効率良く検出され、不平
衡電圧検出回路２９の出力が角加速度に換算される。ま
た、このように上下面のそれぞれに複数の電極を配置す
ることにより、平板に加わる重力等の並進加速度成分は
、不平衡電圧検出回路２９の出力ではカットされており
、角加速度のみを検出できる。
【００１７】図６は第２の実施例の回路構成図を示し、
センサの検出部は図３に示した第１の実施例と同じもの
が用いられている。発振器３１の出力は加算器３２と加
算器３３に入力され、加算器３２の出力は抵抗Ｒ３を介
して、固定電極１６、１９につまりコンデンサＣ１に接
続され、加算器３３の出力は抵抗Ｒ４を介して固定電極
１７、１８、つまりコンデンサＣ２に接続されている。 コンデンサＣ１は検波回路３４の入力に接続され、コン
デンサＣ２は検波回路３５の入力端に接続されている。 検波回路３４、３５はバンドパスフィルタ及び全波整流
回路から成り、その出力は差動増幅器３６の入力端に接
続され、差動増幅器３６の出力はサーボ回路３７に入力
されている。サーボ回路３７の２つの出力は、加算器３
２、３３の入力端に接続されており、おもり１１の回転
角が中立位置からずれると、加算器３２、３３を介して
固定電極１６〜１９に静電力によりおもり１１が中立位
置に戻るように、駆動電圧を印加するようにされている
。
センサの検出部は図３に示した第１の実施例と同じもの
が用いられている。発振器３１の出力は加算器３２と加
算器３３に入力され、加算器３２の出力は抵抗Ｒ３を介
して、固定電極１６、１９につまりコンデンサＣ１に接
続され、加算器３３の出力は抵抗Ｒ４を介して固定電極
１７、１８、つまりコンデンサＣ２に接続されている。 コンデンサＣ１は検波回路３４の入力に接続され、コン
デンサＣ２は検波回路３５の入力端に接続されている。 検波回路３４、３５はバンドパスフィルタ及び全波整流
回路から成り、その出力は差動増幅器３６の入力端に接
続され、差動増幅器３６の出力はサーボ回路３７に入力
されている。サーボ回路３７の２つの出力は、加算器３
２、３３の入力端に接続されており、おもり１１の回転
角が中立位置からずれると、加算器３２、３３を介して
固定電極１６〜１９に静電力によりおもり１１が中立位
置に戻るように、駆動電圧を印加するようにされている
。
【００１８】おもり１１の回転角が中立位置からずれる
と、コンデンサＣ１、Ｃ２のインピーダンスが変化して
高周波成分の分圧が変化するので、検波回路３４、３５
の出力に差が生じ、この出力は差動増幅器３６で増幅さ
れ、サーボ回路３７において駆動電圧に変換され、加算
器３２、３３と抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して固定電極１６〜
１９に印加される。このようなフィードバックによりお
もり１１は中立位置に保持され、またサーボ回路３７の
出力はセンサに加えられた支持梁１２の軸周りの角加速
度に比例するので、サーボ回路３７の電圧を取り出すこ
とにより角加速度が検出できる。このような検出回路を
用いることにより、測定レンジが広がり感度も向上する
。
と、コンデンサＣ１、Ｃ２のインピーダンスが変化して
高周波成分の分圧が変化するので、検波回路３４、３５
の出力に差が生じ、この出力は差動増幅器３６で増幅さ
れ、サーボ回路３７において駆動電圧に変換され、加算
器３２、３３と抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して固定電極１６〜
１９に印加される。このようなフィードバックによりお
もり１１は中立位置に保持され、またサーボ回路３７の
出力はセンサに加えられた支持梁１２の軸周りの角加速
度に比例するので、サーボ回路３７の電圧を取り出すこ
とにより角加速度が検出できる。このような検出回路を
用いることにより、測定レンジが広がり感度も向上する
。
【００１９】図７は第３の実施例の主要部の構成を示し
、第１の実施例を２軸に適用したものである。長方形の
枠体状の基板４１の中央に透孔４１ａが設けられ、その
中に基板４１より薄い枠体状のおもり４２が、重心を通
るｙ軸に平行な直線上にある支持梁４３、４３を介して
基板４１に支持されている。更に、おもり４２の中央の
透孔４２ａにはｙ軸方向に長い長方形の平板状のおもり
４４が配置され、おもり４４の重心を通りｘ軸に平行な
直線上にある支持梁４５、４５により、おもり４４はお
もり４２に支持されている。そして、基板４１、おもり
４２、５４、支持梁５３、４５は１枚のシリコン基板か
ら異方性エッチングで一体成形されている。おもり４２
は基板４１に対し支持梁４３を軸としてｙ軸周りに僅か
に回動可能であり、透孔４２ａよりもｘ方向の長さが長
い部分が、長方形のおもり部分４２ｂとおもり部分４２
ｃとなっている。おもり４４はおもり４２に対し、支持
梁５５を軸としてｘ軸周りに僅かに回動可能とされてい
る。
、第１の実施例を２軸に適用したものである。長方形の
枠体状の基板４１の中央に透孔４１ａが設けられ、その
中に基板４１より薄い枠体状のおもり４２が、重心を通
るｙ軸に平行な直線上にある支持梁４３、４３を介して
基板４１に支持されている。更に、おもり４２の中央の
透孔４２ａにはｙ軸方向に長い長方形の平板状のおもり
４４が配置され、おもり４４の重心を通りｘ軸に平行な
直線上にある支持梁４５、４５により、おもり４４はお
もり４２に支持されている。そして、基板４１、おもり
４２、５４、支持梁５３、４５は１枚のシリコン基板か
ら異方性エッチングで一体成形されている。おもり４２
は基板４１に対し支持梁４３を軸としてｙ軸周りに僅か
に回動可能であり、透孔４２ａよりもｘ方向の長さが長
い部分が、長方形のおもり部分４２ｂとおもり部分４２
ｃとなっている。おもり４４はおもり４２に対し、支持
梁５５を軸としてｘ軸周りに僅かに回動可能とされてい
る。
【００２０】図８、図９は第３の実施例の断面図を示し
、図８は図７のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図９は
Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。図７に示した部分はガ
ラス板４６、４７により上下から挟まれ、接合されてい
る。上側のガラス板４６の下面にはおもり４２のおもり
部分４２ｂ、４２ｃの部分と対面する位置にそれぞれ固
定電極４８、４９が設けられ、ガラス板４７の上面には
同様に固定電極５０、５１が設けられている。また、お
もり４４の両端近傍に面して、ガラス板４６に固定電極
５４、５５が設けられ、これと対向しておもり４４を挟
んで固定電極５４、５５がガラス板４７に設けられてい
る。
、図８は図７のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図９は
Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。図７に示した部分はガ
ラス板４６、４７により上下から挟まれ、接合されてい
る。上側のガラス板４６の下面にはおもり４２のおもり
部分４２ｂ、４２ｃの部分と対面する位置にそれぞれ固
定電極４８、４９が設けられ、ガラス板４７の上面には
同様に固定電極５０、５１が設けられている。また、お
もり４４の両端近傍に面して、ガラス板４６に固定電極
５４、５５が設けられ、これと対向しておもり４４を挟
んで固定電極５４、５５がガラス板４７に設けられてい
る。
【００２１】図１０は第３の実施例の分解斜視図を示し
、固定電極４８〜５５の引き出し方法を示している。 パイレックスガラスから成るガラス板４６の下面の固定
電極４８、４９、５４、５５は、それぞれスルーホール
電極５６〜５９を介して上面の引き出し電極６０〜６３
に接続されている。また、ガラス板４７の上面の固定電
極５０、５１、５４、５５は、ガラス板４７が基板４１
からはみ出した部分まで引き出されているが、基板４１
がこれらと短絡しないように、基板４１の下面に溝４１
ｂ〜４１ｅが形成されている。基板４１の上面には電極
６４が設けられており、またガラス板４６、４７は陽極
接合法により基板４１と接合されている。
、固定電極４８〜５５の引き出し方法を示している。 パイレックスガラスから成るガラス板４６の下面の固定
電極４８、４９、５４、５５は、それぞれスルーホール
電極５６〜５９を介して上面の引き出し電極６０〜６３
に接続されている。また、ガラス板４７の上面の固定電
極５０、５１、５４、５５は、ガラス板４７が基板４１
からはみ出した部分まで引き出されているが、基板４１
がこれらと短絡しないように、基板４１の下面に溝４１
ｂ〜４１ｅが形成されている。基板４１の上面には電極
６４が設けられており、またガラス板４６、４７は陽極
接合法により基板４１と接合されている。
【００２２】図１１は検出部の等価回路であり、おもり
４２のおもり部分４２ｂ、部分４２ｃは基板４１に対し
同方向に回動する電極、おもり４４はこれらとは独立に
基板４１に対し同方向に回動する電極とされ、共通の接
地電位に保たれている。固定電極４８、５１及び固定電
極４９、５０はそれぞれ互いに接続され、おもり４２と
の間でコンデンサＣ３及びコンデンサＣ４を形成し、端
子ｙ１、ｙ２間でｙ軸廻りの加速度に関する信号を出力
する。 また固定電極５２、５５及び固定電極５３、５４はおも
り４４との間でコンデンサＣ５及びコンデンサＣ６を形
成し、端子ｘ１、ｘ２間でｘ軸廻りの加速度に関する信
号を出力する。
４２のおもり部分４２ｂ、部分４２ｃは基板４１に対し
同方向に回動する電極、おもり４４はこれらとは独立に
基板４１に対し同方向に回動する電極とされ、共通の接
地電位に保たれている。固定電極４８、５１及び固定電
極４９、５０はそれぞれ互いに接続され、おもり４２と
の間でコンデンサＣ３及びコンデンサＣ４を形成し、端
子ｙ１、ｙ２間でｙ軸廻りの加速度に関する信号を出力
する。 また固定電極５２、５５及び固定電極５３、５４はおも
り４４との間でコンデンサＣ５及びコンデンサＣ６を形
成し、端子ｘ１、ｘ２間でｘ軸廻りの加速度に関する信
号を出力する。
【００２３】図１２は検出回路の構成図を示し、前述の
コンデンサＣ３、Ｃ４が抵抗Ｒ５、Ｒ６に結線されてブ
リッジ回路ＢＲ１ を構成し、コンデンサＣ５、Ｃ６は
抵抗Ｒ７、Ｒ８と結線されてブリッジ回路ＢＲ２ を構
成する。ブリッジ回路ＢＲ１ 、ＢＲ２ には発振器６
５から高周波電圧が印加され、それぞれの不平衡電圧が
第１の実施例と同様の不平衡電圧検出回路６６、６７に
入力される。
コンデンサＣ３、Ｃ４が抵抗Ｒ５、Ｒ６に結線されてブ
リッジ回路ＢＲ１ を構成し、コンデンサＣ５、Ｃ６は
抵抗Ｒ７、Ｒ８と結線されてブリッジ回路ＢＲ２ を構
成する。ブリッジ回路ＢＲ１ 、ＢＲ２ には発振器６
５から高周波電圧が印加され、それぞれの不平衡電圧が
第１の実施例と同様の不平衡電圧検出回路６６、６７に
入力される。
【００２４】従って、角加速度が加わると、ｘ軸廻りの
成分に対してはおもり４４が弾性支持梁４５、４５を軸
としておもり４２に対して回動し、固定電極５２〜５５
との間隔が変化することによりコンデンサＣ５、Ｃ６の
容量が変化し、不平衡電圧検出回路６７により検出され
る。 同様に、ｙ軸廻りの成分に対しては、おもり４２が弾性
支持梁４３、４３を軸として回動し、固定電極４８〜５
１との間隔の変化がブリッジ回路ＢＲ１ により検出さ
れ、不平衡電圧検出回路６６がｙ軸廻りのの角加速度成
分を検出する。
成分に対してはおもり４４が弾性支持梁４５、４５を軸
としておもり４２に対して回動し、固定電極５２〜５５
との間隔が変化することによりコンデンサＣ５、Ｃ６の
容量が変化し、不平衡電圧検出回路６７により検出され
る。 同様に、ｙ軸廻りの成分に対しては、おもり４２が弾性
支持梁４３、４３を軸として回動し、固定電極４８〜５
１との間隔の変化がブリッジ回路ＢＲ１ により検出さ
れ、不平衡電圧検出回路６６がｙ軸廻りのの角加速度成
分を検出する。
【００２５】このような構成においては、おもり４２、
４４と弾性支持梁４３、４５を一体で形成するため、お
もり４２、４４のそれぞれの回転軸の重心位置を一致さ
せることが容易である。つまり、同一位置における２軸
の角加速度を直接に精度良く検出できることになる。
４４と弾性支持梁４３、４５を一体で形成するため、お
もり４２、４４のそれぞれの回転軸の重心位置を一致さ
せることが容易である。つまり、同一位置における２軸
の角加速度を直接に精度良く検出できることになる。
【００２６】更に、第２の実施例に示した静電サーボ型
の検出回路を第３の実施例に示した２軸検出部に適用す
れば、測定レンジが広がり感度も向上する。
の検出回路を第３の実施例に示した２軸検出部に適用す
れば、測定レンジが広がり感度も向上する。
【００２７】以上の何れの実施例における角加速度セン
サも、並進加速度成分を除去でき、角加速度を直接に検
出でき、また平板状のおもりを平板の側面に２本の弾性
支持梁で支持するため、これを軸とすると回転に敏感で
あると同時に、直交する軸廻りの角加速度に対しては剛
性が高く、クロストークが少ない。なお、本発明におけ
る固定電極を設ける部材は電気絶縁性を有するものであ
ればよく、セラミックス或いは絶縁層を有するシリコン
基板等を用いてもよいことは云うまでもない。
サも、並進加速度成分を除去でき、角加速度を直接に検
出でき、また平板状のおもりを平板の側面に２本の弾性
支持梁で支持するため、これを軸とすると回転に敏感で
あると同時に、直交する軸廻りの角加速度に対しては剛
性が高く、クロストークが少ない。なお、本発明におけ
る固定電極を設ける部材は電気絶縁性を有するものであ
ればよく、セラミックス或いは絶縁層を有するシリコン
基板等を用いてもよいことは云うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る角加速
度センサは、小型かつ簡素な構成で、角加速度を直接に
精度良く検出する。
度センサは、小型かつ簡素な構成で、角加速度を直接に
精度良く検出する。
【図１】第１の実施例の主要部の構成図である。
【図２】第１の実施例の断面図である。
【図３】第１の実施例の分解斜視図である。
【図４】第１の実施例の検出部の等価回路図である。
【図５】第１の実施例の検出回路の構成図である。
【図６】第２の実施例の回路構成図である。
【図７】第３の実施例の主要部の構成図である。
【図８】第３の実施例のＡ−Ａ線に沿った断面図である
。
。
【図９】Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１０】第３の実施例の分解斜視図である。
【図１１】第３の実施例の検出部の等価回路図である。
【図１２】第３の実施例の検出回路の構成図である。
【図１３】従来例の構成図である。
１１、４２、４４ おもり
１３、４１ 基板
１４、１５、４６、４７ ガラス板
１６〜１９、４８〜５５ 固定電極
３１、６５ 発振器
２９、６６、６７ 不平衡電圧検出回路３２、３３
加算器 ３４、３５ 検波回路 ３６ 差動増幅器 ３７ サーボ回路 ＢＲ１ 、ＢＲ２ ブリッジ回路
加算器 ３４、３５ 検波回路 ３６ 差動増幅器 ３７ サーボ回路 ＢＲ１ 、ＢＲ２ ブリッジ回路
Claims (7)
- 【請求項１】 おもりと、該おもりの重心を略通る回
転軸上にあって前記おもりの両側で前記おもりを回転自
在に支持する弾性部材と、該２つの弾性部材の間で前記
回転軸に対し交差する方向に前記おもりと対向して設け
た固定電極と、該固定電極と前記おもりの間隔変化に対
応する静電容量変化から前記おもりに加わる角加速度を
検出する検出手段とを有することを特徴とする角加速度
センサ。 - 【請求項２】 前記弾性部材は平板状の前記おもりの
側面に設けた請求項１に記載の角加速度センサ。 - 【請求項３】 前記おもり及び弾性部材はシリコン基
板の一部にエッチングにより形成した請求項１に記載の
角加速度センサ。 - 【請求項４】 それぞれ前記回転軸を有する２個の前
記おもりの一方を他方のおもり内に設け、前記各回転軸
上の重心位置が略同一となるように配置した請求項１に
記載の角加速度センサ。 - 【請求項５】 前記固定電極を板状の部材に設け、該
部材を前記シリコン基板の両面に接合配置した請求項４
に記載の角加速度センサ。 - 【請求項６】 前記おもりと前記固定電極の間の静電
容量値から前記おもりの回転角度を検出し、角加速度を
検出する構成とした請求項１に記載の角加速度センサ。 - 【請求項７】 前記おもりと前記固定電極の間の静電
容量値を検出し、前記おもりが所定の中立位置に常に保
持されるように、前記おもりと前記固定電極の間に駆動
電圧を印加し静電気力を作動させ、前記駆動電圧の大き
さから角加速度を検出するようにした請求項１に記載の
角加速度センサ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3029348A JP2938989B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 角加速度センサ |
| CA002059991A CA2059991C (en) | 1991-01-29 | 1992-01-24 | Sensor |
| EP92101380A EP0497289B1 (en) | 1991-01-29 | 1992-01-28 | A capacitive angular acceleration sensor |
| DE69202991T DE69202991T2 (de) | 1991-01-29 | 1992-01-28 | Kapazitiver Winkelbeschleunigungsaufnehmer. |
| AT92101380T ATE124144T1 (de) | 1991-01-29 | 1992-01-28 | Kapazitiver winkelbeschleunigungsaufnehmer. |
| US07/826,867 US5349858A (en) | 1991-01-29 | 1992-01-28 | Angular acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3029348A JP2938989B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 角加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04252961A true JPH04252961A (ja) | 1992-09-08 |
| JP2938989B2 JP2938989B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=12273722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3029348A Expired - Fee Related JP2938989B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 角加速度センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5349858A (ja) |
| EP (1) | EP0497289B1 (ja) |
| JP (1) | JP2938989B2 (ja) |
| AT (1) | ATE124144T1 (ja) |
| CA (1) | CA2059991C (ja) |
| DE (1) | DE69202991T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500549A (en) * | 1993-12-13 | 1996-03-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor |
| WO2000000832A1 (fr) * | 1998-06-29 | 2000-01-06 | Zexel Corporation | Procede de detection d'informations de base et multi-detecteur d'informations de base et detecteur d'acceleration montes dans une automobile |
| US6137150A (en) * | 1994-10-28 | 2000-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor physical-quantity sensor having a locos oxide film, for sensing a physical quantity such as acceleration, yaw rate, or the like |
Families Citing this family (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06258341A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-09-16 | Zexel Corp | 加速度センサ |
| US5589644A (en) * | 1994-12-01 | 1996-12-31 | Snap-On Technologies, Inc. | Torque-angle wrench |
| DE19547642A1 (de) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Zexel Corp | Beschleunigungssensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
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