JPH063152A - 加速度・角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 センサ主要部を被覆するハウジング１８と、
長手方向に対し直交面方向に弾性を有し、前記ハウジン
グの上壁から垂下された線ばね２０と、前記線ばね２０
の下部に設けられたおもり２２とを有する振動子２４
と、前記振動子２４にＸ軸方向の振動力を印加する駆動
コイル２６と、前記おもり２２の前記線ばね２０の長手
方向に対して直交面方向への二次元変位を検出する変位
検出手段２８と、前記振動子２４のＸ軸方向の変位量に
基づき、加速度を演算する加速度演算手段、及びＹ軸方
向の変位量に基づき、角速度を演算する角速度演算手段
とを備えたことを特徴とする。 【効果】 振動子２４の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位
を変位検出手段２８により同時に検出し、Ｘ軸方向の変
位量に基づき加速度を、またＹ軸方向の変位量に基づき
角速度をそれぞれ検出するので、単一のセンサで加速度
及び角速度を同時に同一箇所において高分解能、高精度
で検出が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度・角速度センサ、
特に強制振動する振動子のおもりの二次元変位を検出し
て加速度と角速度を単一のセンサで同時に測定する加速
度・角速度センサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等にはその適正な移動を保
持し、急加速或いは急減速時のスリップ防止等のため加
速度検出装置が設けられている。また、自動車等のナビ
ゲーションシステムとして、ジャイロの出力を積分して
方位を決定し、且つ移動速度を積分して移動距離を求
め、方位及び移動距離に基づいて現在位置を把握するた
めの角速度検出装置も設けられている。さらに、前記急
加速或いは急減速は、カーブ走行中に自動車の挙動に最
も影響を与えるため、前記加速度検出装置及び角速度検
出装置により検出された加速度及び角速度の測定値に基
づき、エンジン出力等を制御するシステムが現在用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来前
記加速度を検出するための加速度センサと、角速度を検
出するための角速度センサは、それぞれ別個に設けられ
ているため、構造が複雑となり大型、高価格となってし
まうという課題があった。また、前記加速度及び角速度
を別個のセンサで検出しているため、同一時点かつ同一
箇所の加速度及び角速度の検出が困難であり、前記エン
ジン出力等の制御が正確に行なわれないという問題もあ
った。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は小型、安価、かつ高分解能、高精度
で加速度及び角速度の検出が可能な加速度・角速度セン
サを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる加速度・角速度センサは、センサ主要
部を被覆するハウジングと、振動手段と、加振手段と、
変位検出手段と、加速度演算手段と、角速度演算手段と
を含む。そして、振動手段は、長手方向に対し直交面方
向に弾性を有し、前記ハウジングの上壁から垂下された
線状体と、前記線状体の下部に設けられたおもりとを有
する。また、加振手段は、前記振動手段にＸ軸方向の振
動力を印加する。変位検出手段は、前記おもりの下面に
設置された可動スケールと、該可動スケールと対向配置
されてなる、前記ハウジングの底壁部に固定された固定
スケールとを有し、前記おもりの前記線状体の長手方向
に対して直交面方向への二次元変位を検出する。加速度
演算手段は、前記変位検出手段により検出された前記振
動手段のＸ軸方向の変位量に基づき、加速度を演算す
る。角速度演算手段は、前記変位検出手段により検出さ
れた前記振動手段のＹ軸方向の変位量に基づき、角速度
を演算する。

【０００５】ここで、前記センサ主要部とは、少なくと
も振動子と変位検出手段を含むものとする。また、前記
ハウジングは必ずしも全方向においてセンサ主要部を被
覆している必要はない。

【作用】本発明にかかる加速度・角速度センサは、前述
したように、振動手段のおもりの下面に設置された可動
スケールと、該可動スケールに対向してハウジングに設
置された固定スケールの相対変位を検出する変位検出手
段により、強制振動する振動手段の二次元変位を検出す
る。そして、前記検出結果のＸ軸方向の変位に基づき、
加速度演算手段により加速度を演算する。

【０００６】即ち、センサの中心軸方向が重力方向と平
行な方向に置かれている状態において、振動子の振動方
向（Ｘ軸方向）と平行に加速度α_xが加わった場合、お
もりの重心点Ｐの振動中心点におけるＸ軸方向への変位
δ_xは、おもりを質点と考えると、

【数１】 で表される。 但し、ｌ： 振動手段の線状体支持部の最下位置からお
もりの重心点Ｐまでの距離 Ｅ： 線状体の縦弾性係数（ヤング率） Ｉ： 線状体の慣性モーメント Ｗ： おもりの重心点Ｐにおける集中荷重 ｇ： 重力の加速度

【０００７】従って、前記変位δ_xを変位検出手段で検
出することで、前記数１から加速度演算手段は加速度α
_xを求めることができる。さらに、前記検出結果のＹ軸
方向の変位に基づき、角速度演算手段により角速度を演
算する。即ち、振動手段に角速度ωθが加わると、角速
度ωθに対応したコリオリの力ＦｃがＹ軸方向に発生
し、前記振動手段はＹ軸方向にも振動する。このため、
角速度ωθに対応したコリオリの力Ｆｃにより発生する
Ｙ軸方向の変位を変位検出手段で検出することで、角速
度演算手段は角速度ωθを求めることができる。このよ
うに本発明にかかる加速度・角速度センサは、単一のセ
ンサで振動子のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位を検出する
ことにより、加速度及び角速度を同時かつ同一箇所にお
いて検出することが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には、本発明の一実施例にかかる加速度
・角速度センサの構成説明図が示されており、同図
（Ａ）は側断面図、同図（Ｂ）は正面断面図である。同
図に示す加速度・角速度センサ１０は、ベース１２、ハ
ウジング枠１４及び上蓋１６からなるハウジング１８
と、前記上蓋１６の中央部に保持され、ハウジング１８
内に垂下された線ばね２０及び磁石からなる円柱状に形
成されたおもり２２とを有する振動手段としての振動子
２４と、前記ハウジング枠のおもり２２の被覆位置外周
に巻回された加振手段としての駆動コイル２６と、光電
型エンコーダよりなる変位検出手段２８と、図示されな
い加速度・角速度演算手段とを備えている。

【０００９】なお、前記ハウジング枠１４は円筒形状を
なしており、該ハウジング枠１４にベース１２及び上蓋
１６がそれぞれＯリング３０を介して嵌合されており、
ハウジング１８内を密封状態としている。また、前記振
動子２４の線ばね２０はその長手方向に対して直交面方
向に所定の弾性（ヤング率Ｅ）を有しており、前記おも
り２２（重さＷ）の中心部を貫通するようにして、該お
もり２２を線ばね２０の下部において保持している。ま
た、前記変位検出手段２８は、おもり２２の下面に設置
された可動スケール３２と、該可動スケール３２と対向
する位置においてベース１２に取付けられた固定スケー
ル３４と、該固定スケール３４の下方に配設された変位
測光部３６とを備えている。

【００１０】なお、前記変位測光部３６の各部分から下
方にリード線３８が延びており、この複数本のリード線
３８は被覆線４０により結束され、コネクタボルダ４２
に保持されたコネクタ４４と接続されている。そして、
前記コネクタ４４は加速度・角速度演算手段と接続され
たケーブルと接続されており、これにより変位検出手段
２８によって検出された変位情報を前記演算手段に送出
することが可能となる。また、前記加速度・角速度演算
手段は入力された変位量に基づき、所定の計算式に従っ
て加速度、及び角速度を演算する。

【００１１】本実施例にかかる加速度・角速度センサ１
０は概略以上のように構成されており、次に図２及び図
３により本実施例の加振手段について説明する。図２に
は、前記図１に示すおもり２２の平面断面図が示されて
いる。同図に示すおもり２２は磁石よりなり、線ばね２
０の軸芯を通るＹ軸によってＮ極とＳ極とに分けられて
いる。そして、図３にに示す駆動コイル２６を所定の周
期の正弦波で励磁させると、駆動コイル２６の軸芯、即
ち振動手段子２４の軸芯と平行に磁界が発生する。そし
て、前記磁界の極の方向は、駆動コイル２６に流す電流
の方向によって決定される。即ち、図３に示す駆動コイ
ル２６の巻始め側から巻終り側へと順方向に電流を流す
と、駆動コイル２６の図中上側にＮ極が、下側にＳ極が
発生する。又、逆に駆動コイル２６の巻終り側から巻始
め側へと逆方向に電流を流すと、駆動コイル２６の図中
上側にＳ極が、下側にＮ極が発生する。

【００１２】そして、図３に示すようにおもり２２の例
えば図中右側にＮ極、左側にＳ極が位置した場合、前記
駆動コイル２６に順方向の電流を流すと、前述したよう
に図中上側にＮ極が、下側にＳ極が発生するため、おも
り２２のＳ極である左側には上側に引上げる力が、逆に
Ｎ極である右側には下側に押し下げる力が夫々発生す
る。また、駆動コイル２６に逆方向の電流を流すと、前
述したように発生する磁界の極の方向が反対となるた
め、おもり２２のＳ極である左側には下側に押し下げら
れ力が、Ｎ極である右側には上側に引上げる力が発生す
る。このため、前記おもり２２に発生する上側に引上げ
られる力を＋Ｆｍ、下側に押し下げられる力を−Ｆｍと
し、振動子２４の軸芯からおもり２２の半径の中心点ま
での距離をｎとすると、振動子２４は、 Ｍ＝２Ｆｍｎ（Ｍ：曲げモーメント） の曲げモーメントを受けることとなる。

【００１３】従って、振動子２４の共振状態での振動波
に同期して、図３に示す駆動コイル２６の巻始め側から
巻終り側へと順方向に、次に巻終り側から巻始め側へと
逆方向に、交互に駆動コイル２６へ電流を流すことによ
って発生する、前記曲げモーメントにより振動子２４が
加振されることとなる。以上のように駆動コイル２６へ
電流を流すことによって振動子２４を加振させ、さらに
励磁周期を調整し、振動子２４の共振周波数ｆｎでＸ軸
方向に振動させる。次に、前記強制振動する振動子２４
のＸ軸方向の振幅を一定に保つために本実施例において
用いられる自励振制御機構について説明する。図４に示
すようにＸ軸エンコーダ２８ａにより振動子２４のＸ方
向への振動状態を検出し、Ｘ軸エンコーダ２８ａの出力
をプリアンプ５０により増幅して、移相器５２により適
正な位相に変移され、振動子２４を振動させる同期と必
要な大きさを得るため、増幅器５４に入力される。ま
た、プリアンプ５０の出力はＡＧＣ５６にも入力され、
この正弦波の振幅を検出して振動子２４の加振に必要な
利得を増幅器５４に指示する。

【００１４】以上のようにして、本実施例にかかる振動
子２４は常にその共振周波数で、且つ一定の振幅で振動
制御されることとなる。次に図５により本実施例の加速
度演算機構について説明する。まず、前記Ｘ軸方向に強
制振動している振動子２４の振幅Ｖｐｐを、

【数２】Ｖｐｐ＝Ｘ₁・ｓｉｎω_n・ｔ （ω_n＝２π
ｆ_n） 但し、Ｘ₁： 最大振幅 ｆ_n： 振動子２４の共振周波数 ｔ ： 時間 とすると、前記図３に示すおもり２２の重心点Ｐの軌跡
Ｐxyは図５（Ａ）に示すように、

【数３】Ｐxy＝Ｘ₁・ｓｉｎω_n・ｔ （ω_n＝２πｆ_n） 但し、Ｘ₁： 最大振幅 ｆ_n： 振動子２４の共振周波数 ｔ ： 時間 となる。

【００１５】ここで、センサの中心軸方向を重力方向と
平行に設定し、前記重心点Ｐが図５（Ａ）に示す振動を
している振動子２４に前記図３に示すように振動方向
（Ｘ軸方向）と平行に加速度α_xが加わたとき、該加速
度α_xによる重心点ＰのＸ軸方向の変位δ_xは梁の理論に
より容易に求まり、おもり２２を質点と考えると、

【数４】 で表される。但し、ｌ： 振動子２４の線ばね２０支持
部の最下位置から おもり２２の重心点Ｐまでの距離 Ｅ： 線ばね２０の縦弾性係数（ヤング率） Ｉ： 線ばね２０の慣性モーメント Ｗ： おもりの重心点Ｐにおける集中荷重 （線ばね２０の重さは０と仮定する） ｇ： 重力の加速度 図５（Ｂ）には、前記加速度α_xが加わったときの重心
点Ｐの軌跡Ｐxy(α_x)が示されており、

【数５】Ｐxy(α_x)＝δ_x＋Ｘ₁・ｓｉｎω_n・ｔ （ω_n
＝２πｆ_n） 但し、Ｘ₁： 最大振幅 ｆ_n： 振動子２４の共振周波数 ｔ ： 時間 となる。即ち、加速度α_xにより重心点Ｐの振動中心点
が変位量δ_xだけ＋Ｘ方向に変位し、Ｘ座標δ_xを中心点
とし、前記図５（Ａ）と同一の振幅Ｘ₁・ｓｉｎω nｔで
振動する。

【００１６】従って、前記変位検出手段２８により前記
Ｐxy(α_x)のＸ軸方向の変位量δ_xを検出し、加速度演算
手段において前記数４にその検出値δ_xを代入すれば加
速度α_xを求めることができる。なお、前記加速度の検
出において、振動子２４を強制振動させることにより、
自由振動の影響を受けずに正確な安定した変位δ_xが検
出できる。即ち、振動子を静止させた状態で加速度が加
わると、該加速度の大きさが急に減少した場合、振動子
は自由振動をしてしまい、正確な加速度検出が困難にな
ってしまうのである。

【００１７】次に、図６により本実施例の角速度演算機
構について説明する。前記図５に示す加速度α_xが加わ
った振動子２４に、さらに角速度ωθが入力されると、
おもり２２の重心点Ｐは次式数６に示す遠心力Ｆθ及び
数７に示すコリオリの力Ｆｃを受ける。

【数６】 但し、Ｗ： おもり２２の重心点Ｐにおける集中荷重 （線ばね２０の重さは０と仮定する） ｇ： 重力の加速度 ｒ： 曲率半径

【数７】 但し、Ｗ ： おもり２２の重心点Ｐにおける集中荷重 （線ばね２０の重さは０と仮定する） ｇ ： 重力の加速度 Ｘ₁： 最大振幅 ｆ_n： 振動子２４の共振周波数 ｔ ： 時間

【００１８】そして、前記加速度α_x及び角速度ωθが
入力されたおもり２２の重心点Ｐは図６に示す軌跡Ｐxy
(α_x,ωθ)を描く。即ち、前記図５（Ｂ）に示す重心点
Ｐの軌跡Ｐxy(α_x)から、前記遠心力Ｆθにより重心点
Ｐの振動中心点が変位量δ_yだけ＋Ｙ方向に変位し、さ
らにコリオリの力Ｆｃにより重心点Ｐは、Ｙ軸方向へも
片振幅Ｙθで振動する。なお、振動子２４のＸ方向及び
Ｙ方向の共振周波数は略同一である。そして、前記変位
δ_yは、おもり２２を質点と考えると、

【数８】 で表される。 但し、ｌ： 振動子２４の線ばね２０支持部の最下位置
から おもり２０の重心点Ｐまでの距離 Ｅ： 線ばね２０の縦弾性係数（ヤング率） Ｉ： 線ばね２０の慣性モーメント Ｗ： おもり２２の重心点Ｐにおける集中荷重 （線ばね２０の重さは０と仮定する） ｇ： 重力の加速度 ｒ： 曲率半径

【００１９】ここで、前記変位検出手段２８によって、
おもり２２の重心点ＰのＹ軸方向への振動の振幅を測定
することにより角速度ωθを検出することができる。即
ち、前述したように強制振動する振動子２４のＸ軸方向
の振幅を一定に保っているため、前記入力された角速度
ωθは前記コリオリの力Ｆｃにより発生する図６に示す
Ｙ軸方向の振幅２Ｙθ（片振幅Ｙθ）のみと比例する。
従って、既知の角速度を入力させ比例定数を予め求めて
おき、該比例定数を角速度演算手段に入力しておけば未
知の角速度ωθが入力されたとき、前記測定された振幅
２Ｙθに基づき角速度演算手段において角速度ωθを求
めることができるのである。

【００２０】次に図７〜図１１により本実施例において
用いられている変位検出手段２８について説明する。図
７に、光電型エンコーダ２４の拡大断面図を、又図８に
図７I−I線での断面図を示す。同図において、固定スケ
ール（以下インデックススケールと称する）３４の図７
中下面には、一個の発光素子７０及び八個の受光素子７
２ａ，７２ｂ，…７２ｈが配置されている。発光素子７
０及び各受光素子７２のリード線は、プリント基板７４
に固定されている。一方、可動スケール（以下メインス
ケールと称する）３２には、図９に示す第一格子７６が
設けられ、該第一格子７６はマトリックス状の長方形島
状反射格子部７８₁₁，７８₁₂…７８_1n、７８₂₁，７８₂₂
…７８_2n、…、７８_m1，７８_m2，…７８_mnを含む十字状
反射式格子よりなる。格子部７８のＸ軸（列）方向への
並びはＹ軸に平行なピッチＰ₁の格子を構成し、格子部
７８のＹ軸（行）方向への並びはＸ軸に平行なピッチＰ
₁'の格子を構成する。

【００２１】一方、インデックススケール３４は、図１
０から明らかなように、第二格子８０及び第三格子８２
ａ，８２ｂ，…８２ｈを備えている。そして、第二格子
８０は前記発光素子７０に対応する各三角形状の透過格
子部８４ａ，８４ｂ，…８４ｄを含む十字状透過式格子
よりなる。また第三格子８２ａ，８２ｂ，…８２ｈはそ
れぞれ受光素子７２ａ，７２ｂ，…７２ｈに対応する透
過格子よりなる。このため、発光素子７０から出光した
光Ｌは第二格子部８４ａ，８４ｂ，…８４ｄを介して第
一格子７６に反射され、該反射光は第三格子８２ａ，８
２ｂ，…８２ｈを介して受光素子７２ａ，７２ｂ，…７
２ｈに受光される。

【００２２】以上のように、本実施例にかかる光電型エ
ンコーダは、Ｘ方向への相対移動に対しては第二格子部
８４ａ，８４ｂ、第一格子部７８の列方向への並び、第
三格子部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ、受光素子７
２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄが、それぞれ三格子型変
位検出器として機能する。また、Ｙ方向への相対移動に
対しては第二格子部８４ｃ，８４ｄ、第一格子部７８の
行方向への並び、第三格子部８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，
８２ｈがそれぞれ三格子型変位検出器として機能する。
すなわち、三格子型変位検出器は図１１に示すように３
枚の格子の重なり合いの変化により変位量を検出するも
のである(Journal of the optical society ofAmerica,
1965, vol.55, No.4, p373-381)。図１１に示す三格子
型変位検出器は、平行配置された第二格子８０及び第三
格子８２と、両格子８０，８２の間に相対移動可能に平
行配置された第一格子７６と、前記第二格子８０の図中
左側に配置された発光素子７０と、前記第三格子８２の
図中右側に配置された受光素子７２と、を含む。そし
て、発光素子７０から出射された光は第二格子８０、第
一格子７６、第三格子８２を介して受光素子７２に至
り、該受光素子７２は各格子８０，７６，８２で制限さ
れた照明光を光電変換し、更にプリアンプ８６で増幅し
て検出信号ｓを得る。

【００２３】ここで、第一格子７６が、第二格子８０及
び第三格子８２に対して例えばｘ方向に相対移動する
と、発光素子７０からの照明光のうち、格子８０，７
６，８２により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信
号ｓは略正弦波として出力される。そして、前記第一格
子７６のピッチＰ₁と検出信号ｓの波長Ｐが対応し、該
検出信号ｓの波長及びその分割値より前記基準格子７６
の相対移動量を測定するものである。従って、第一格子
７６をメインスケール３２に、第二格子８０及び第三格
子８２をインデックススケール３４にそれぞれ設置する
ことにより、両スケール３２，３４の相対移動量、すな
わち振子２２とベース１２の相対移動量を検出すること
ができる。

【００２４】そして、本実施例においては第一格子７６
の格子部７８のＸ軸方向への並びはＹ軸に平行でピッチ
Ｐ₁の格子が構成し、格子部７８のＹ軸方向への並びは
Ｘ軸に平行でピッチＰ₁'の格子を構成している。また、
第二格子８０の格子部８４ａ，８４ｂにはＹ軸に平行で
ピッチＰ₂の格子が形成され、格子部８４ｃ，８４ｄに
はＸ軸に平行でピッチＰ₂'の格子が形成されている。更
に、第三格子８２ａにはＡｘ相用の格子、第三格子８２
ｂにはＡｘ'相用の格子、第三格子８２ｃにはＢｘ相用
の格子、第三格子８２ｄにはＢｘ'相用の格子がそれぞ
れＹ軸に平行にピッチＰ₃で形成され、第三格子８２ｅ
にはＡｙ相用の格子、第三格子８２ｆにはＡｙ'相用の
格子、第三格子８２ｇにはＢｙ相用の格子、第三格子８
２ｈにはＢｙ'相用の格子がそれぞれＸ軸に平行にピッ
チＰ₃'で形成されている。 従って、Ａｘ＝０゜とすると、Ａｘに対し、 Ａｘ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃異なる） Ｂｘ＝９０゜（１／４Ｐ₃異なる） Ｂｘ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃異なる） また、Ａｙ＝Ｏ゜とすると、Ａｙに対して Ａｙ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃'異なる） Ｂｙ＝９０゜（１／４Ｐ₃'異なる） Ｂｙ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃'異なる） となるように目盛が付けられている。

【００２５】この結果、受光素子７２ａ，７２ｂ，７２
ｃ，７２ｄからは、それぞれπ／２ずつ位相のずれたＡ
ｘ相、Ａｘ'相、Ｂｘ相、Ｂｘ'相の信号を得ることがで
き、Ａｘ相−Ａｘ'相より差動振幅増幅されたＡｘ相出
力を、またＢｘ相−Ｂｘ'相より差動振幅増幅されたＢ
ｘ相出力を得る。そして、該Ａｘ相出力及びＢｘ相出力
の位相のずれ方向等よりスケールのＸ方向への相対移動
方向の弁別を行なうと共に、電気的に検出信号の分割を
行ない、分解能の高い変位量検出を行なっている。一
方、受光素子７２ｅ，７２ｆ，７２ｇ，７２ｈからはそ
れぞれπ／２ずつ位相のずれたＡｙ相、Ａｙ'相、Ｂｙ
相、Ｂｙ'相の信号を得ることができ、前記Ｘ方向と同
様にしてスケール３２，３４のＹ方向の位相弁別及び相
対移動距離を検出することができる。

【００２６】以上のように、上記光電型エンコーダによ
れば、Ｘ方向及びＹ方向の移動方向及び移動距離を検出
することができる。また、本実施例ではＸ方向の移動検
出を行なう列方向格子部７８と、Ｙ方向の移動検出を行
なう行方向格子部７８のピッチが異なって設けられてい
る。すなわち、列方向へのピッチは比較的粗いピッチＰ
₁が刻まれており、Ｘ方向への移動の高速読取りが可能
である。一方、行方向へのピッチは比較的細かいピッチ
Ｐ₁'が刻まれており、Ｙ方向への移動の高分解能読取り
が可能である。

【００２７】このように振子２２の移動特性に応じてそ
れぞれのピッチを決定することが可能であり、しかもそ
のピッチに従った格子の形成は従来と同じ製法により極
めて正確に行なうことができる。尚、例えば次のように
ピッチを構成することが好適である。 Ｐ₁＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） Ｐ₂＝１６０μm（明部長＝４０μm、暗部長＝１２０μ
m） Ｐ₃＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm） Ｐ₁'＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm） Ｐ₂'＝８０μm（明部長＝２０μm、暗部長＝６０μm） Ｐ₃'＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm）

【００２８】このように第二格子のピッチを第一格子の
ピッチより大とすると共に、その光透過部の長さを第一
格子のピッチの長さ以下とすることにより、第二格子を
透過した照明光間の独立性（インコヒーレンシイ）が向
上し、検出信号のＳＮ比が高くなる。このため、信号処
理が容易となり、高精度の変位検出が可能となる。ま
た、ピッチ構成は次のようにすることも好適である。 Ｐ₁＝１００μm（明部長＝暗部長＝５０μm） Ｐ₂＝４００μm（明部長＝１００μm、暗部長＝３００
μm） Ｐ₃＝２００μm（明部長＝暗部長＝１００μm） Ｐ₁'＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） Ｐ₂'＝１６０μm（明部長＝４０μm、暗部長＝１２０μ
m） Ｐ₃'＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm） さらに、例えば次のようにピッチを構成することが好適
である。 Ｐ₁＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm） Ｐ₂＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm） Ｐ₃＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm） Ｐ₁'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm） Ｐ₂'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm） Ｐ₃'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）

【００２９】このように第一格子、第二格子、第三格子
のピッチを等しくし、さらにメインスケール３２とイン
デックススケール３４の格子間隔をｄとすると、この例
では Ｐ₁＝２０μm＞Ｐ₁'＝１０μm であるから、メインスケール３２とインデックススケー
ル３４の格子間隔ｄを、 ｄ≧Ｐ₁ ²／２λ に設定すれば、格子間隔ｄの変動に対して出力がほとん
ど変動しないＸＹエンコーダが実現できる。なお、Ｐ₁
＝Ｐ₁'のときは、どちらを採用してもよい。この構成の
特徴として、 （１）Ｘ方向へ１ピッチＰ₁送ると、出力信号は２ピッ
チＰ₁出力され、光学的な２分割信号が得られるため、
電気分割回路が容易に構成される。 （２）格子間隔ｄの変動に対して寛容なため、例えばＰ
₁又はＰ₁'が４０μm以下の細かいピッチのシステムに適
する。また、ピッチ構成は同様に次のようにすることも
好適である。 Ｐ₁＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） Ｐ₂＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm） Ｐ₃＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm） Ｐ₁'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm） Ｐ₂'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm） Ｐ₃'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）

【００３０】このように構成すると、Ｘ軸方向に１ピッ
チ送った場合、１ピッチＰ₁の出力信号が得られる。Ｙ
軸方向に１ピッチＰ₁'送ると、２ピッチＰ₁'の出力信号
が得られる。従って、Ｘ軸方向は分解能が粗く、高速度
の検出、Ｙ軸方向は分解能が高く低速度の検出に適す
る。更に、第一格子７６を広範囲にわたって形成するこ
とができ、検出の広範囲化も可能である。また、第一格
子７６の形状は、メインスケール３２及びインデックス
スケール３４の相対移動距離等を考慮して任意に決定す
ることができる。また、メインスケール３２に設けられ
たマトリックス状の島状格子７８を透過部とし、島状格
子でない部分８９を反射部として構成することも可能で
ある。なお、本発明の傾斜角・振動センサとしては上述
した実施例のものに限られるものではなく、種々の態様
の変更が可能であり、例えば線状体の長さ、おもりの形
状あるいはハウジングの形状等はその用途に応じて適宜
設定することが可能である。

【００３１】また、前記振動子２４の線ばね２０は微弱
な加速度に対してもたわみ、Ｘ軸方向の変位を検出でき
るように、該線ばね２０の曲げ剛性を小さく設計するこ
とが好適である。また、本実施例においては、振動子２
４の加振方法として、おもり２２に磁石を用い、駆動コ
イル２６を励振させ磁気モーメントによって振動力を印
加したが、おもり２２に強磁性体を用いる等して磁力に
より加振させることも可能である。また、本実施例にお
いては１つのセンサによって加速度および角速度の両方
を測定し得る構成としているが、いずれか一方のみを測
定する構成とすることも可能である。さらに、加速度演
算手段あるいは角速度演算手段においては、本実施例で
説明した各式に基づいて遂一変位量を演算する構成とし
てもよいし、これら各式を用いて予め演算により作成し
ておいたテーブルに基づき変位量を出力するような構成
としてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる加速
度・角速度センサによれば、Ｘ軸方向に強制振動する振
動手段の、加速度及び角速度によるＸ軸方向及びＹ軸方
向の変位を変位検出手段により同時に検出し、前記Ｘ軸
方向の変位量に基づき加速度を、また前記Ｙ軸方向の変
位量に基づき角速度をそれぞれ検出するので、単一のセ
ンサで加速度及び角速度を同時に同一箇所において高分
解能、高精度で検出が可能となる。また、単一のセンサ
で加速度及び角速度の検出ができるため、構成が簡単と
なり、かつ小型、安価が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる加速度・角速度セン
サの概略構成の説明図である。

【図２】図１に示したセンサに用いられる振動子のおも
りの平面断面図である。

【図３】図１に示したセンサの加振手段の説明図であ
る。

【図４】図１に示したセンサの振動制御機構の説明図で
ある。

【図５】図１に示したセンサの加速度測定原理の説明図
である。

【図６】図１に示したセンサの角速度測定原理の説明図
である。

【図７】，

【図８】，

【図９】，

【図１０】，

【図１１】図１に示したセンサの変位検出手段の説明図
である。

【符号の説明】

１０ … 加速度・角速度センサ １８ … ハウジング ２０ … 線ばね ２２ … おもり ２４ … 振動子 ２６ … 駆動コイル ２８ … 変位検出手段 ３２ … 可動スケール ３４ … 固定スケール

フロントページの続き (72)発明者 市川 宗次 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ開発研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ主要部を被覆するハウジングと、 長手方向に対し直交面方向に弾性を有し、前記ハウジン
   グの上壁から垂下された線状体と、前記線状体の下部に
   設けられたおもりとを有する振動手段と、 前記振動手段にＸ軸方向の振動力を印加する加振手段
   と、 前記おもりの下面に設置された可動スケールと、該可動
   スケールと対向配置されてなる、前記ハウジングの底壁
   部に固定された固定スケールとを有し、前記おもりの前
   記線状体の長手方向に対して直交面方向への二次元変位
   を検出する変位検出手段と、 前記変位検出手段により検出された前記振動手段のＸ軸
   方向の変位量に基づき、加速度を演算する加速度演算手
   段と、 前記変位検出手段により検出された前記振動手段のＹ軸
   方向の変位量に基づき、角速度を演算する角速度演算手
   段と、 を備えたことを特徴とする加速度・角速度センサ。